JP2006149016A - Switching regulator circuit - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To realize an arrangement for wide range by reducing the required control range of switching frequency control in a power supply circuit performing constant voltage control by switching frequency control. <P>SOLUTION: In a current resonance converter, the secondary rectifier circuit is constituted of a circuit other than a both wave rectification circuit, the gap G being formed in the core of a power insulation transformer PIT is set at 2.0 mm or above, and the coupling coefficient k is set at about 0.70. Consequently, switching frequency variable control range can be reduced and an arrangement for wide range can be realized. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、各種電子機器の電源として備えられるスイッチング電源回路に関する。   The present invention relates to a switching power supply circuit provided as a power supply for various electronic devices.

特開2003−235259号公報JP 2003-235259 A

先に本出願人は、一次側に共振形コンバータを備えた電源回路を各種提案している。
図11は、先に本出願人により出願された発明に基づいて構成される、共振形コンバータを備えるスイッチング電源回路の一例を示す回路図である。
この図11に示される電源回路のスイッチングコンバータとしては、ハーフブリッジ結合方式による他励式の電流共振形コンバータに対して、スイッチング中のターンオフ時にのみ電圧共振動作を行う部分電圧共振回路を組み合わせた構成を採る。
The present applicant has previously proposed various power supply circuits including a resonance type converter on the primary side.
FIG. 11 is a circuit diagram showing an example of a switching power supply circuit including a resonant converter configured based on the invention previously filed by the present applicant.
The switching converter of the power supply circuit shown in FIG. 11 has a configuration in which a partial voltage resonance circuit that performs a voltage resonance operation only at the time of turn-off during switching is combined with a separately-excited current resonance converter using a half-bridge coupling method. take.

先ず、図11に示す電源回路においては、商用交流電源ACに対して2組のフィルタコンデンサCL、CL及び1組のコモンモードチョークコイルCMCから成るコモンモードノイズフィルタが接続されている。
そして、商用交流電源ACから直流入力電圧を生成する整流平滑回路としては、上記コモンモードノイズフィルタの後段に対して、ブリッジ整流回路Di及び平滑コンデンサCiとから成る全波整流回路が備えられる。
ブリッジ整流回路Diの整流出力は、平滑コンデンサCiに対して充電され、これによって平滑コンデンサCiの両端には、交流入力電圧VACの等倍のレベルに対応する整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)が得られることになる。
First, in the power supply circuit shown in FIG. 11, a common mode noise filter including two sets of filter capacitors CL and CL and one set of common mode choke coil CMC is connected to the commercial AC power supply AC.
As a rectifying / smoothing circuit for generating a DC input voltage from the commercial AC power supply AC, a full-wave rectifying circuit including a bridge rectifying circuit Di and a smoothing capacitor Ci is provided for the subsequent stage of the common mode noise filter.
The rectified output of the bridge rectifier circuit Di is charged to the smoothing capacitor Ci, whereby a rectified smoothing voltage Ei (DC input voltage) corresponding to an equal level of the AC input voltage VAC is applied to both ends of the smoothing capacitor Ci. Will be obtained.

上記直流入力電圧を入力してスイッチングする電流共振形コンバータとしては、図示するようにして、MOS−FETによる2本のスイッチング素子Q1,Q2をハーフブリッジ結合により接続したスイッチング回路系を備える。スイッチング素子Q1,Q2の各ドレイン−ソース間に対しては、図示する方向により、それぞれボディダイオードによるダンパーダイオードDD1,DD2が並列に接続される。   As shown in the figure, the current resonance type converter for switching by inputting the DC input voltage includes a switching circuit system in which two switching elements Q1 and Q2 by MOS-FETs are connected by half bridge coupling. Damper diodes DD1 and DD2 formed of body diodes are connected in parallel with each other between the drains and sources of the switching elements Q1 and Q2, respectively, in the direction shown in the drawing.

また、スイッチング素子Q2のドレイン−ソース間に対しては、部分共振コンデンサCpが並列に接続される。この部分共振コンデンサCpのキャパシタンスと一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1によっては、並列共振回路(部分電圧共振回路)が形成される。この部分電圧共振回路によりスイッチング素子Q1,Q2のターンオフ時にのみ電圧共振する、部分電圧共振動作が得られるようになっている。   A partial resonance capacitor Cp is connected in parallel between the drain and source of the switching element Q2. A parallel resonance circuit (partial voltage resonance circuit) is formed by the capacitance of the partial resonance capacitor Cp and the leakage inductance L1 of the primary winding N1. With this partial voltage resonance circuit, a partial voltage resonance operation in which voltage resonance occurs only when the switching elements Q1, Q2 are turned off can be obtained.

この電源回路においては、スイッチング素子Q1,Q2をスイッチング駆動するために、例えば汎用のICによる発振・ドライブ回路2が設けられる。この発振・ドライブ回路2は、発振回路、駆動回路を有して、所要の周波数によるドライブ信号(ゲート電圧)をスイッチング素子Q1,Q2の各ゲートに対して印加する。これにより、スイッチング素子Q1,Q2は、所要のスイッチング周波数により交互にオン/オフするようにしてスイッチング動作を行う。   In this power supply circuit, in order to switch the switching elements Q1 and Q2, for example, an oscillation / drive circuit 2 using a general-purpose IC is provided. The oscillation / drive circuit 2 includes an oscillation circuit and a drive circuit, and applies a drive signal (gate voltage) having a required frequency to the gates of the switching elements Q1 and Q2. Thereby, the switching elements Q1 and Q2 perform the switching operation so as to be alternately turned on / off at a required switching frequency.

絶縁コンバータトランスPIT (Power Isolation Transformer)は、スイッチング素子Q1 、Q2 のスイッチング出力を二次側に伝送する。
この場合の絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1 の一端は、一次側直列共振コンデンサC1を介してスイッチング素子Q1 のソースとスイッチング素子Q2 のドレインの接続点(スイッチング出力点)に接続されることで、スイッチング出力が得られるようにされる。
また、一次巻線N1の他端は、図示するように一次側アースに接続されている。
An insulating converter transformer PIT (Power Isolation Transformer) transmits the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 to the secondary side.
In this case, one end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is connected to the connection point (switching output point) of the source of the switching element Q1 and the drain of the switching element Q2 via the primary side series resonance capacitor C1. A switching output is obtained.
The other end of the primary winding N1 is connected to the primary side ground as shown in the figure.

この場合、直列共振コンデンサC1及び一次巻線N1は直列に接続されているが、この直列共振コンデンサC1のキャパシタンス、及び絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1(直列共振巻線)のリーケージインダクタンス(漏洩インダクタンス)L1とにより、スイッチングコンバータの動作を電流共振形とするための一次側直列共振回路を形成している。   In this case, the series resonant capacitor C1 and the primary winding N1 are connected in series, but the capacitance of the series resonant capacitor C1 and the leakage inductance (leakage) of the primary winding N1 (series resonant winding) of the insulating converter transformer PIT. The primary side series resonance circuit for making the operation of the switching converter into a current resonance type is formed by the inductance L1.

ここまでの説明によると、この図に示す一次側スイッチングコンバータとしては、一次側直列共振回路(L1−C1)による電流共振形としての動作と、前述した部分電圧共振回路(Cp//L1)とによる部分電圧共振動作とが得られることになる。
つまり、この図に示す電源回路は、一次側スイッチングコンバータを共振形とするための共振回路に対して、他の共振回路が組み合わされた形式を採っていることになる。ここでは、このようなスイッチングコンバータについて複合共振形コンバータということにする。
According to the description so far, the primary side switching converter shown in this figure includes the operation as the current resonance type by the primary side series resonance circuit (L1-C1) and the partial voltage resonance circuit (Cp // L1) described above. Thus, partial voltage resonance operation due to is obtained.
That is, the power supply circuit shown in this figure adopts a form in which another resonance circuit is combined with a resonance circuit for making the primary side switching converter into a resonance type. Here, such a switching converter is referred to as a composite resonance type converter.

ここでの図示による説明は省略するが、上記した絶縁コンバータトランスPITの構造としては、例えばフェライト材によるE型コアを組み合わせたEE型コアを備える。そして、一次側と二次側とで巻装部位を分割したうえで、一次巻線N1と二次巻線N2とを、EE型コアの内磁脚に対して巻装している。
また、絶縁コンバータトランスPITのEE型コアの内磁脚に対しては1.0mm以下のギャップを形成するようにして、一次巻線N1と二次巻線N2とで0.80〜0.90程度の結合係数を得るようにしている。
実際には、ギャップG=0.8mm程度とし、また一次巻線N1と二次巻線N2の巻数(ターン数)を一次巻線N1=20T(ターン)、二次巻線N2=50T(25T+25T)とすることで、結合係数k=0.85程度を得るようにされている。
Although the description by illustration here is abbreviate | omitted, as a structure of the above-mentioned insulation converter transformer PIT, the EE type | mold core which combined the E type | mold core by a ferrite material is provided, for example. Then, after the winding part is divided between the primary side and the secondary side, the primary winding N1 and the secondary winding N2 are wound around the inner magnetic leg of the EE core.
Further, a gap of 1.0 mm or less is formed with respect to the inner magnetic leg of the EE type core of the insulating converter transformer PIT, and the primary winding N1 and the secondary winding N2 are about 0.80 to 0.90. The coupling coefficient is obtained.
Actually, the gap G is about 0.8 mm, and the number of turns (number of turns) of the primary winding N1 and the secondary winding N2 is the primary winding N1 = 20T (turns), and the secondary winding N2 = 50T (25T + 25T). Thus, a coupling coefficient k = 0.85 is obtained.

絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2に対しては、図示するように二次側アースに接続されるセンタータップを施しすことで、二次巻線部N2Aと二次巻線部N2Bとに分割している。その上で、これら二次巻線部N2A、二次巻線部N2Bに対しては、それぞれ直列に整流ダイオードDo1、整流ダイオードDo2を接続し、さらにこれら整流ダイオードDo1とDo2とによる整流出力を平滑化する平滑コンデンサCoによって、両波整流回路を形成している。
これにより、平滑コンデンサCoの両端電圧として、各二次巻線部に誘起される交番電圧の等倍に対応したレベルの直流電圧である二次側直流出力電圧Eoが得られる。この二次側直流出力電圧Eoは、メイン直流電源として、図示しないメインの負荷に供給されるとともに、制御回路1に対して定電圧制御のための検出電圧としても分岐して入力される。
The secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT is provided with a center tap connected to the secondary side ground as shown in the figure, so that the secondary winding N2A and the secondary winding N2B are connected. It is divided. In addition, a rectifier diode Do1 and a rectifier diode Do2 are connected in series to the secondary winding portion N2A and the secondary winding portion N2B, respectively, and the rectified output by the rectifier diodes Do1 and Do2 is smoothed. A double-wave rectifier circuit is formed by the smoothing capacitor Co.
As a result, a secondary-side DC output voltage Eo, which is a DC voltage at a level corresponding to the same voltage as the alternating voltage induced in each secondary winding, is obtained as the voltage across the smoothing capacitor Co. The secondary side DC output voltage Eo is supplied as a main DC power source to a main load (not shown) and is also branched and input to the control circuit 1 as a detection voltage for constant voltage control.

制御回路1は、二次側直流出力電圧Eoのレベルに対応してレベルが可変される電圧又は電流としての制御信号を発振・ドライブ回路2に出力する。
発振・ドライブ回路2では制御回路1から入力される制御信号に基づいて、発振・ドライブ回路2内の発振回路により生成する発振信号周波数を可変するようにして、スイッチング素子Q1,Q2の各ゲートに印加するスイッチング駆動信号の周波数を変化させる。これにより、スイッチング周波数が可変される。このように、二次側直流出力電圧Eoのレベルに応じてスイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数が可変制御されることで、一次側直列共振回路の共振インピーダンスが変化して一次側直列共振回路を形成する一次巻線N1から二次側に伝送されるエネルギーも可変され、二次側直流出力電圧Eoのレベルも可変制御される。これにより、二次側直流出力電圧Eoの定電圧制御が図られることになる。
なお、以降においては、このようにスイッチング周波数を可変制御することによって安定化を図る定電圧制御方式を「スイッチング周波数制御方式」ということにする。
The control circuit 1 outputs a control signal as a voltage or current whose level is variable in accordance with the level of the secondary side DC output voltage Eo to the oscillation / drive circuit 2.
In the oscillation / drive circuit 2, the oscillation signal frequency generated by the oscillation circuit in the oscillation / drive circuit 2 is varied based on the control signal input from the control circuit 1. The frequency of the switching drive signal to be applied is changed. As a result, the switching frequency is varied. In this way, the switching frequency of the switching elements Q1, Q2 is variably controlled according to the level of the secondary side DC output voltage Eo, so that the resonance impedance of the primary side series resonance circuit changes and the primary side series resonance circuit is changed. The energy transmitted from the primary winding N1 to be formed to the secondary side is also varied, and the level of the secondary side DC output voltage Eo is also variably controlled. Thereby, constant voltage control of the secondary side DC output voltage Eo is achieved.
In the following, the constant voltage control method that achieves stabilization by variably controlling the switching frequency will be referred to as a “switching frequency control method”.

図12の波形図は、図11に示した電源回路における要部の動作を示している。この図においては、図11に示した回路においての負荷電力Po=200W時と負荷電力Po=0W時の動作をそれぞれ示している。なお、負荷電力Po=200Wは、図11に示した回路の最大負荷電力(Pomax)とされ、Po=0Wは最小負荷電力(Pomin)である。
また、この図において、入力電圧条件は交流入力電圧VAC=100Vで一定としている。また、二次側直流出力電圧Eoとしては100V以上(例えばこの場合はEo=135V)を生成するようにされているものとする。
The waveform diagram of FIG. 12 shows the operation of the main part of the power supply circuit shown in FIG. In this figure, the operation when the load power Po = 200 W and the load power Po = 0 W in the circuit shown in FIG. 11 is shown. Note that the load power Po = 200 W is the maximum load power (Pomax) of the circuit shown in FIG. 11, and Po = 0 W is the minimum load power (Pomin).
In this figure, the input voltage condition is constant at AC input voltage VAC = 100V. Further, it is assumed that the secondary side DC output voltage Eo is 100 V or more (for example, Eo = 135 V in this case).

また、上記のような負荷電力、入力電圧、二次側直流出力電圧レベルの条件に対応させて、図11の回路では要部を以下のように選定している。
・絶縁コンバータトランスPIT・・・ギャップ長=0.8mm、結合係数k=0.85程度
・一次巻線N1=20T
・二次巻線N2=50T(センタータップを境に25T+25T)
・一次側直列共振コンデンサC1=0.068μF
・部分共振コンデンサCp=1000pF
Further, corresponding to the above conditions of load power, input voltage, and secondary side DC output voltage level, the main part is selected as follows in the circuit of FIG.
・ Insulated converter transformer PIT ・ ・ ・ Gap length = 0.8mm, coupling coefficient k = 0.85 ・ Primary winding N1 = 20T
・ Secondary winding N2 = 50T (25T + 25T from the center tap)
・ Primary side series resonant capacitor C1 = 0.068μF
・ Partial resonance capacitor Cp = 1000pF

先ず、図12において、矩形波状の電圧V1は、スイッチング素子Q2の両端電圧であり、スイッチング素子Q2のオン/オフタイミングを示す。
電圧V1が0レベルとなる期間が、スイッチング素子Q2が導通するオン期間であり、このオン期間においては、スイッチング素子Q2及びクランプダイオードDD2から成るスイッチング回路系には、図示する波形によるスイッチング電流IQ2が流れる。また、電圧V1が整流平滑電圧Eiのレベルでクランプされる期間は、スイッチング素子Q2がオフとなる期間であり、スイッチング電流IQ2は図示するようにして0レベルとなる。
また、図示していないが、他方のスイッチング素子Q1の両端電圧、及びスイッチング回路(Q1,DD1)に流れるスイッチング電流としては、上記電圧V1、及びスイッチング電流IQ2を180°移相した波形として得られる。つまり、前述したように、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とは、交互にオン/オフするタイミングでスイッチング動作を行う。
なお、一次側直列共振回路(C1−N1(L1))を流れる一次側直列共振電流Io(図示せず)としては、これらのスイッチング回路(Q1,DD1)(Q2,DD2)に流れるスイッチング電流が合成された波形により流れるものとなる。
First, in FIG. 12, a rectangular wave voltage V1 is a voltage across the switching element Q2, and indicates the on / off timing of the switching element Q2.
The period during which the voltage V1 is 0 level is the ON period in which the switching element Q2 is conductive. In this ON period, the switching current IQ2 having the waveform shown in FIG. Flowing. The period during which the voltage V1 is clamped at the level of the rectified and smoothed voltage Ei is a period during which the switching element Q2 is turned off, and the switching current IQ2 is at 0 level as shown in the figure.
Although not shown, the voltage across the other switching element Q1 and the switching current flowing through the switching circuit (Q1, DD1) are obtained as a waveform obtained by shifting the voltage V1 and the switching current IQ2 by 180 °. . That is, as described above, the switching element Q1 and the switching element Q2 perform the switching operation at the timing of turning on / off alternately.
The primary side series resonance current Io (not shown) flowing through the primary side series resonance circuit (C1-N1 (L1)) is the switching current flowing through these switching circuits (Q1, DD1) (Q2, DD2). It flows by the synthesized waveform.

また、例えばこの図に示される上記電圧V1の波形を、負荷電力Po=200W時と負荷電力Po=0W時とで比較して分かるように、スイッチング周波数としては、二次側直流出力電圧Eoが軽負荷のとき(Po=0W)よりも、重負荷の条件(Po=200W)のときのほうが、一次側のスイッチング周波数が低くなるように制御されていることがわかる。すなわち、重負荷となって二次側直流出力電圧Eoのレベルが低下するのに応じては、スイッチング周波数を低くし、また軽負荷となって二次側直流出力電圧Eoのレベルが上昇するのに応じてはスイッチング周波数を高くするようにしている。これは、スイッチング周波数制御方式として、アッパーサイド制御による定電圧制御動作が行われていることを示している。
なお、この場合、図示されるように負荷電力Po=200W時でのスイッチング電流IQ2のピークレベルは5.6Apとなり、負荷電力Po=0W時のスイッチング電流IQ2のレベルは0.8Apとなっている
Further, for example, as can be seen by comparing the waveform of the voltage V1 shown in this figure between when the load power Po = 200 W and when the load power Po = 0 W, as the switching frequency, the secondary side DC output voltage Eo is It can be seen that the primary-side switching frequency is controlled to be lower in the heavy load condition (Po = 200 W) than in the light load condition (Po = 0 W). That is, as the level of the secondary side DC output voltage Eo decreases due to a heavy load, the switching frequency is lowered and the level of the secondary side DC output voltage Eo increases due to a light load. In response to this, the switching frequency is increased. This indicates that a constant voltage control operation by upper side control is performed as a switching frequency control method.
In this case, as shown in the figure, the peak level of the switching current IQ2 when the load power Po = 200 W is 5.6 Ap, and the level of the switching current IQ2 when the load power Po = 0 W is 0.8 Ap.

また、上記した一次側の動作が得られることで、絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2Aには、図示する波形による交番電圧V2が誘起される。この交番電圧V2が正極性となる一方の半周期の期間においては、二次側の整流ダイオードDo1が導通するようにされる。また、交番電圧V2が負極性となる半周期(つまり二次巻線部N2Bに励起される交番電圧が正極性となる半周期)には、整流ダイオードDo2が導通するようにされる。これによって、二次側の両波整流回路において、二次巻線N2のセンタータップと二次側アースとの間に流れる整流出力電流I2としては、図示するようにして交番電圧V2が正負のピークレベルとなる周期と同様の周期でピークレベルとなる波形が得られる。
なお、交番電圧V2のピークレベルは、二次側直流出力電圧Eoのレベルとなる。また、この場合、上記整流出力電流I2としては、各半周期でのピークレベルが図のように3Apと2Apとで異なるものとなっているが、これについては後述する。
Further, by obtaining the above-described primary side operation, an alternating voltage V2 having a waveform shown in the figure is induced in the secondary winding N2A of the insulating converter transformer PIT. During one half cycle in which the alternating voltage V2 is positive, the secondary side rectifier diode Do1 is made conductive. Further, the rectifier diode Do2 is turned on in the half cycle in which the alternating voltage V2 is negative (that is, in the half cycle in which the alternating voltage excited by the secondary winding portion N2B is positive). As a result, in the secondary-side double-wave rectifier circuit, as the rectified output current I2 flowing between the center tap of the secondary winding N2 and the secondary-side ground, the alternating voltage V2 has a positive and negative peak as shown in the figure. A waveform having a peak level with the same period as that of the level is obtained.
The peak level of the alternating voltage V2 is the level of the secondary side DC output voltage Eo. In this case, as the rectified output current I2, the peak level in each half cycle is different between 3Ap and 2Ap as shown in the figure, and this will be described later.

ところで、図11に示した電源回路のように、スイッチング周波数制御方式により二次側直流出力電圧の安定化を図る共振形コンバータとしての構成を採る場合には、安定化のためのスイッチング周波数の可変制御範囲は、比較的広範囲な傾向となる。
このことについて、図13を参照して説明する。
図13は、図11に示した電源回路のように、スイッチング周波数制御方式により安定化を図るように構成された従来の電源回路の定電圧制御特性を、スイッチング周波数fsと二次側直流出力電圧Eoのレベルとの関係により示している。
なお、この図の説明にあたっては、図11の電源回路が、スイッチング周波数制御方式としていわゆるアッパーサイド制御を採用していることを前提とする。ここでのアッパーサイド制御とは、一次側直列共振回路の共振周波数foよりも高い周波数範囲でスイッチング周波数を可変制御し、これにより生じる共振インピーダンスの変化を利用して二次側直流出力電圧Eoのレベルをコントロールする制御をいう。
By the way, in the case of adopting a configuration as a resonance type converter that stabilizes the secondary side DC output voltage by the switching frequency control method as in the power supply circuit shown in FIG. 11, the switching frequency for stabilization is variable. The control range tends to be relatively wide.
This will be described with reference to FIG.
FIG. 13 shows the constant voltage control characteristics of a conventional power supply circuit configured to be stabilized by the switching frequency control method as in the power supply circuit shown in FIG. 11, with the switching frequency fs and the secondary side DC output voltage. This is shown by the relationship with the level of Eo.
In the description of this figure, it is assumed that the power supply circuit of FIG. 11 employs so-called upper side control as a switching frequency control method. Here, the upper side control means that the switching frequency is variably controlled in a frequency range higher than the resonance frequency fo of the primary side series resonance circuit, and the change of the resonance impedance generated thereby makes it possible to control the secondary side DC output voltage Eo. Control that controls the level.

一般的なこととして、直列共振回路は、共振周波数foのときに最も共振インピーダンスが小さくなる。これにより、アッパーサイド制御における二次側直流出力電圧Eoとスイッチング周波数fsの関係として、二次側直流出力電圧Eoのレベルは、スイッチング周波数fsが共振周波数foに近づいていくほど上昇し、共振周波数foから離れていくのに従って低下していくものとなる。
従って、負荷電力Poを一定とした条件でのスイッチング周波数fsに対する二次側直流出力電圧Eoのレベルは、図13に示すようにして、スイッチング周波数fsが一次側直列共振回路の共振周波数foと同じときにピークとなり、共振周波数foから離れるのに応じて低下する二次曲線的な変化を示す。
As a general matter, the series resonant circuit has the smallest resonance impedance at the resonance frequency fo. Thereby, as the relationship between the secondary side DC output voltage Eo and the switching frequency fs in the upper side control, the level of the secondary side DC output voltage Eo increases as the switching frequency fs approaches the resonance frequency fo. As it gets away from fo, it goes down.
Therefore, the level of the secondary side DC output voltage Eo with respect to the switching frequency fs under the condition that the load power Po is constant, the switching frequency fs is the same as the resonance frequency fo of the primary side series resonance circuit as shown in FIG. It sometimes shows a peak and changes in a quadratic curve that decreases as the frequency moves away from the resonance frequency fo.

また、同じスイッチング周波数fsに対応する二次側直流出力電圧Eoのレベルは、最小負荷電力Pomin時よりも最大負荷電力Pomax時のほうが、所定分低下するようにしてシフトする特性が得られる。つまり、スイッチング周波数fsを固定として考えると、重負荷の条件となるのに従って二次側直流出力電圧Eoのレベルは低下する。   Further, a characteristic is obtained that the level of the secondary side DC output voltage Eo corresponding to the same switching frequency fs is shifted so as to decrease by a predetermined amount at the maximum load power Pomax than at the minimum load power Pomin. That is, when the switching frequency fs is considered as being fixed, the level of the secondary side DC output voltage Eo decreases as the heavy load condition is reached.

そして、このような特性のもとで、アッパーサイド制御により二次側直流出力電圧Eoについて、Eo=tgとなるようにして安定化しようとした場合、必要となるスイッチング周波数の可変範囲(必要制御範囲)は、Δfsとして示される範囲となる。   Under such characteristics, when the secondary side DC output voltage Eo is stabilized by upper side control so that Eo = tg, the required switching frequency variable range (necessary control) Range) is a range indicated as Δfs.

図11に示す電源回路の実際としては、AC100V系としての交流入力電圧VAC=85V〜120Vの入力変動範囲と、メイン直流電源である二次側直流出力電圧Eoの最大負荷電力Pomax=200W、最小負荷電力Pomin=0W(無負荷)の負荷条件に対応して、スイッチング周波数制御方式により、例えば二次側直流出力電圧Eo=135Vで安定化するように定電圧制御を行う。
このような条件に対応するとした場合、従来の一般的な電源回路にて定電圧制御のために必要となるスイッチング周波数fsの可変範囲は、およそfs=80kHz〜200kHz以上であり、Δfsとしても120kHz以上と相応に広範囲なものとなる。
In practice, the power supply circuit shown in FIG. 11 has an input fluctuation range of AC input voltage VAC = 85V to 120V as an AC 100V system, and maximum load power Pomax = 200 W of secondary side DC output voltage Eo as a main DC power source, minimum. Corresponding to the load condition of load power Pomin = 0 W (no load), constant voltage control is performed by the switching frequency control method so as to stabilize, for example, at the secondary side DC output voltage Eo = 135V.
When this condition is met, the variable range of the switching frequency fs necessary for constant voltage control in the conventional general power supply circuit is approximately fs = 80 kHz to 200 kHz or more, and Δfs is also 120 kHz. It will be a wide range accordingly.

ここで、電源回路として、例えば日本や米国等の交流入力電圧AC100V系の地域と欧州等のAC200V系の地域に対応するように、例えば約AC85V〜288Vの交流入力電圧範囲に対応した動作が可能に構成された、いわゆるワイドレンジ対応のものが知られている。
そこで、図11に示した電源回路を始めとして、スイッチング周波数制御を行う従来の電源回路について、上記したワイドレンジ対応として構成することを考えてみる。
ワイドレンジ対応では、上記のようにして、例えばAC85V〜288Vの交流入力電圧範囲に対応することになる。従って、例えば、AC100V系のみ、あるいはAC200V系のみの単レンジに対応する場合と比較して、二次側直流出力電圧Eoのレベル変動範囲も大きくなる。このような交流入力電圧範囲に対応してレベル変動範囲が拡大した二次側直流出力電圧Eoについて定電圧制御を行うためには、より広範囲なスイッチング周波数制御範囲が必要となる。例えば、上記した従来でのAC100V系の単レンジでのスイッチング周波数制御範囲(fs=80kHZ〜200kHz)とされる場合、ワイドレンジ対応とするにあたって必要なスイッチング周波数可変範囲としては、約80kHz〜500kHz程度にまで拡大する必要がでてきてしまう。
Here, as a power supply circuit, for example, an operation corresponding to an AC input voltage range of about AC85V to 288V is possible so as to correspond to an AC input voltage AC100V region such as Japan and the United States and an AC200V region such as Europe. A so-called wide-range one is known.
Therefore, let us consider a configuration of the conventional power supply circuit that performs switching frequency control including the power supply circuit shown in FIG.
In the wide range correspondence, as described above, for example, it corresponds to the AC input voltage range of AC85V to 288V. Therefore, for example, the level fluctuation range of the secondary side DC output voltage Eo is larger than that corresponding to a single range of only the AC 100 V system or only the AC 200 V system. In order to perform constant voltage control on the secondary side DC output voltage Eo whose level fluctuation range is expanded corresponding to such an AC input voltage range, a wider switching frequency control range is required. For example, when the conventional switching frequency control range (fs = 80 kHz to 200 kHz) of the AC100V system as described above is used, the switching frequency variable range necessary for the wide range is about 80 kHz to 500 kHz. It will be necessary to expand to.

しかしながら、現状のスイッチング素子を駆動するためのIC(発振・ドライブ回路2)としては、対応可能な駆動周波数の上限は200kHz程度が限界である。また、仮に上記したような高い周波数での駆動が可能なスイッチング駆動用ICを構成して実装したとしても、このような高い周波数でスイッチング素子を駆動した場合には、電力変換効率が著しく低下するために、現実の電源回路として実用的ではなくなる。
このことから、従来の電源回路において、スイッチング周波数制御方式による安定化動作のみでワイドレンジ対応を実現することは非常に困難とされていた。
However, for an IC (oscillation / drive circuit 2) for driving a current switching element, the upper limit of the drive frequency that can be handled is about 200 kHz. Even if the switching drive IC capable of driving at a high frequency as described above is configured and mounted, the power conversion efficiency is significantly reduced when the switching element is driven at such a high frequency. Therefore, it is not practical as an actual power supply circuit.
For this reason, it has been considered extremely difficult to realize wide-range correspondence in the conventional power supply circuit only by the stabilization operation by the switching frequency control method.

また、さらにこの場合、スイッチング周波数制御範囲は、図11に示した電源回路のように二次側の整流回路として両波整流回路を構成するようにした場合に、特に広範囲とされてしまうことになる。   Further, in this case, the switching frequency control range is particularly wide when the double-wave rectifier circuit is configured as the secondary-side rectifier circuit as in the power supply circuit shown in FIG. Become.

先ず、両波整流回路とした場合、二次巻線N2はセンタータップされ、2つの二次巻線部(N2A、N2B)が形成される。そして、これら2つの二次巻線部N2A、N2Bにおいて、二次巻線N2に励起される交番電圧の一方の半周期においては、整流電流は[二次巻線部N2A→整流ダイオードDo1→平滑コンデンサCo→二次巻線部N2A]の経路で流れる。また、上記交番電圧の他方の半周期には、整流電流は[二次巻線部N2B→整流ダイオードDo2→平滑コンデンサCo→二次巻線部N2B]を介して流れる。
つまり両波整流において、2つの二次巻線部としては、一方の半周期には一方にのみ電流が流れ、他方には流れないという状態となる。
First, in the case of a double-wave rectifier circuit, the secondary winding N2 is center-tapped to form two secondary winding portions (N2A, N2B). In these two secondary winding portions N2A and N2B, in one half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, the rectified current is [secondary winding portion N2A → rectifier diode Do1 → smooth. It flows through the path of the capacitor Co → secondary winding portion N2A]. Further, in the other half cycle of the alternating voltage, the rectified current flows through [secondary winding portion N2B → rectifier diode Do2 → smoothing capacitor Co → secondary winding portion N2B].
That is, in the two-wave rectification, the two secondary winding portions are in a state in which current flows only in one half cycle and does not flow in the other half cycle.

このような両波整流動作によると、絶縁コンバータトランスPITのボビンに対してそれぞれ巻装された二次巻線部N2Aと二次巻線部N2Bとの間には、所要の静電容量が存在することとなる。
そして、このように線間静電容量が存在していることにより、この場合の絶縁コンバータトランスPITの二次側においては、先の図11に示されるようにして、等価的には二次巻線N2に対して並列にコンデンサC2が接続された状態となる。
According to such a two-wave rectification operation, there is a required capacitance between the secondary winding portion N2A and the secondary winding portion N2B wound around the bobbin of the insulating converter transformer PIT. Will be.
Since the inter-line capacitance is present in this way, the secondary winding is equivalently equivalent to the secondary winding as shown in FIG. 11 on the secondary side of the insulating converter transformer PIT in this case. The capacitor C2 is connected in parallel to the line N2.

二次巻線N2に対して並列にコンデンサC2が接続されることで、この場合は二次側においても二次巻線N2のリーケージインダクタンス(L2)とコンデンサC2のキャパシタンス(C2)とによる、並列共振回路(部分共振回路)が形成されたものとなり、これによって二次側においても、一次側の部分共振回路(L1//Cp)と同様の共振動作が得られることになる。
ちなみに、上記コンデンサC2のキャパシタンスとしては、二次巻線N2として用いるリッツ線の束数と、二次巻線N2が巻装されるボビンの窓面積によって決定されるものであるが、これまでに述べた各条件とした図11の回路では、およそ100pF〜500pF程度と微少なもとなっている。
Since the capacitor C2 is connected in parallel to the secondary winding N2, in this case also on the secondary side, the parallel is caused by the leakage inductance (L2) of the secondary winding N2 and the capacitance (C2) of the capacitor C2. Thus, a resonance circuit (partial resonance circuit) is formed, and the resonance operation similar to that of the primary side partial resonance circuit (L1 // Cp) can be obtained on the secondary side.
Incidentally, the capacitance of the capacitor C2 is determined by the number of litz wire bundles used as the secondary winding N2 and the window area of the bobbin around which the secondary winding N2 is wound. In the circuit of FIG. 11 under each condition described above, it is a very small amount of about 100 pF to 500 pF.

そして、このように二次側においても並列共振回路が形成されることで、先の図13に示したような二次側直流出力電圧Eoについての定電圧特性として、図11の回路の場合の実際としては、次の図14に示すような特性となってしまう。
図14において、先ず、上記のように二次側に対しても並列共振回路が形成されることで、一次側の直列共振回路の共振周波数をfo1とした場合、二次側の並列共振回路の共振周波数fo2が存在することになる。
そして、このように異なる共振点が2つ存在するようにされることで、特にPomin時における特性曲線としては、一次側の共振周波数fo1に応じてピークと二次側の共振周波数fo2に応じたピークとの2つのピークを持つ、図のような双峰曲線が得られることになる。
As a result of the parallel resonant circuit being formed on the secondary side as described above, the constant voltage characteristic of the secondary side DC output voltage Eo as shown in FIG. Actually, the characteristic is as shown in FIG.
In FIG. 14, first, a parallel resonance circuit is formed on the secondary side as described above, and when the resonance frequency of the series resonance circuit on the primary side is fo1, the parallel resonance circuit on the secondary side is formed. A resonance frequency fo2 exists.
In addition, since there are two different resonance points in this way, the characteristic curve particularly at Pomin corresponds to the peak and secondary resonance frequency fo2 according to the primary resonance frequency fo1. A bimodal curve having two peaks and a peak as shown in the figure is obtained.

この場合、コンデンサC2のキャパシタンスとしては、上記もしたように比較的微少とされることで、重負荷の条件で二次側直流出力電圧Eoのレベルが比較的低くなる傾向とされているときは、二次側の共振点は顕在化しないものとなる(Pomax時の特性曲線)。しかし、軽負荷の傾向となって、無負荷の状態に近づくことによっては、二次側直流出力電圧Eoが急激な上昇傾向となることに伴って、二次側の共振点が顕在化するかの如く、図中Po=0時の特性曲線のような双峰の特性曲線が得られるものである。   In this case, when the capacitance of the capacitor C2 is relatively small as described above, the level of the secondary side DC output voltage Eo tends to be relatively low under heavy load conditions. The resonance point on the secondary side does not become apparent (characteristic curve at Pomax). However, if the secondary-side DC output voltage Eo tends to rise sharply by approaching a no-load state due to a light load trend, does the secondary-side resonance point become obvious? As shown, a bimodal characteristic curve such as a characteristic curve at Po = 0 in the figure can be obtained.

この双峰の特性曲線と、先の図13における同じPo=0W時の特性曲線を比較すると、図14に示される双峰曲線の方が、単峰の曲線とされた場合よりも、無負荷時のスイッチング周波数がより高くなる傾向となることが理解できる。
そして、これによれば、各図のΔfsを比較してわかるように、図14の双峰となる方がスイッチング周波数の必要制御範囲Δfsがより広範となるものである。
When comparing the characteristic curve of this bimodal with the characteristic curve at the same Po = 0W in FIG. 13, the bimodal curve shown in FIG. 14 has no load compared to the case where it is a single-peaked curve. It can be seen that the switching frequency at the time tends to be higher.
And, according to this, as can be seen by comparing Δfs in each figure, the required control range Δfs of the switching frequency becomes wider in the bimodal in FIG.

図15は、二次側の整流回路を両波整流回路とした図11の回路における、負荷変動に対するスイッチング周波数fsの変動特性について示した図である。
この特性図から、上記説明のとうり、両波整流回路とした場合は、負荷電力Poが0W付近のとき、二次側の共振点が顕在化することで急激にスイッチング周波数が上昇する傾向となる。
実験によると、Pomax=200W時、スイッチング周波数fs=75.8kHz程度に対し、Pomin=0W時ではスイッチング周波数fs=172.4kHz程度にまで上昇してしまうものとなった。
FIG. 15 is a diagram showing fluctuation characteristics of the switching frequency fs with respect to load fluctuations in the circuit of FIG. 11 in which the secondary-side rectifier circuit is a double-wave rectifier circuit.
From this characteristic diagram, as described above, when the dual-wave rectifier circuit is used, when the load power Po is around 0 W, the secondary resonance point becomes obvious and the switching frequency tends to increase rapidly. Become.
According to experiments, when Pomax = 200 W, the switching frequency fs = 75.8 kHz, whereas when Pomin = 0 W, the switching frequency fs = 172.4 kHz.

このようにして、従来の電源回路の構成として、二次側に両波整流回路を構成した場合は、一次側と二次側の共振回路による2つの共振点が存在することによる必要制御範囲Δfsの拡大も加わり、さらに必要制御範囲Δfsは拡大傾向となってしまう。   As described above, when the dual-wave rectifier circuit is configured on the secondary side as the configuration of the conventional power supply circuit, the necessary control range Δfs due to the presence of two resonance points by the primary side and secondary side resonance circuits. In addition, the necessary control range Δfs tends to expand.

ここで、これまでの説明のようにして、必要制御範囲Δfsが拡大傾向となってしまうことから、従来の電源回路において、実際にワイドレンジ対応とするのにあたっては、例えば下記のような構成を採るようにされていた。   Here, since the necessary control range Δfs tends to expand as described above, in the conventional power supply circuit, in order to actually support a wide range, for example, the following configuration is used. It was supposed to be taken.

1つには、商用交流電源を入力して直流入力電圧(Ei)を生成する整流回路系について、AC100V系とAC200V系の商用交流電源入力に応じて、倍電圧整流回路と全波整流回路とで切り換えを行うように機能を与えるものである。
この場合には、商用交流電源レベルを検出して、その検出されたレベルに応じて、倍電圧整流回路若しくは全波整流回路が形成されるようにして、電磁リレーを用いたスイッチにより、整流回路系における回路接続の切り換えを行うように回路を構成する。
For one, a rectifier circuit system for generating a DC input voltage (Ei) by inputting a commercial AC power source, a voltage doubler rectifier circuit, a full-wave rectifier circuit, A function is given so that switching is performed with.
In this case, a commercial AC power supply level is detected, and a voltage doubler rectifier circuit or a full-wave rectifier circuit is formed according to the detected level, and a rectifier circuit is switched by a switch using an electromagnetic relay. The circuit is configured to switch the circuit connection in the system.

しかしながら、このような整流回路系の切り換えの構成では、上記しているように、所要数の電磁リレーが必要になる。また、倍電圧整流回路を形成するために少なくとも2本1組の平滑コンデンサを設ける必要も生じる。このため、それだけ部品点数が増加してコストアップとなると共に、電源回路基板のマウント面積も拡大して大型化する。特に、これら平滑コンデンサや電磁リレーは、電源回路を形成する部品のうちでも大型であるから、基板サイズは相当に大きくなってしまう。   However, such a rectifying circuit system switching configuration requires a required number of electromagnetic relays as described above. Further, it is necessary to provide at least two sets of smoothing capacitors in order to form a voltage doubler rectifier circuit. For this reason, the number of parts is increased and the cost is increased, and the mounting area of the power supply circuit board is increased and the size is increased. In particular, since these smoothing capacitors and electromagnetic relays are large among the components forming the power supply circuit, the substrate size becomes considerably large.

また、全波整流動作と倍電圧整流動作を切り換える構成とした場合において、AC200V系の商用交流電源が入力されているときに、瞬間停電が生じたり、また、交流入力電圧が定格以下に低下するなどして、AC200系に対応するよりも低いレベルとなると、AC100V系であると検出して倍電圧整流回路に切り換えるという誤動作が生じたとする。このような誤動作が生じると、AC200V系のレベルの交流入力電圧について倍電圧整流を行うこととなるために、例えばスイッチング素子Q1,Q2などが耐圧オーバーとなって破壊される可能性もある。   Further, when the full-wave rectification operation and the voltage doubler rectification operation are switched, an instantaneous power failure occurs or the AC input voltage drops below the rating when an AC 200V commercial AC power supply is input. For example, when the level is lower than that corresponding to the AC200 system, it is assumed that a malfunction occurs in which the AC100V system is detected and switched to the voltage doubler rectifier circuit. When such a malfunction occurs, voltage doubler rectification is performed on the AC input voltage of AC200V system level, so that there is a possibility that the switching elements Q1, Q2, etc., for example, will be broken and destroyed.

そこで、実際の回路としては、上記のような誤動作が生じないようにするために、メインとなるスイッチングコンバータの直流入力電圧だけではなく、スタンバイ電源側のコンバータ回路の直流入力電圧も検出する構成を採るようにされる。これにより、スタンバイ電源側のコンバータ回路を検出するための部品の追加などにより、上記したコストアップ、及び回路基板サイズの大型化がさらに助長されてしまうことになる。   Therefore, as an actual circuit, in order to prevent the above-described malfunction, not only the DC input voltage of the main switching converter but also the DC input voltage of the converter circuit on the standby power supply side is detected. It is made to take. As a result, the addition of components for detecting the converter circuit on the standby power supply side further promotes the above-described cost increase and increase in circuit board size.

また、誤動作防止を目的としてスタンバイ電源側のコンバータの直流入力電圧を検出するということは、整流動作切り換えのための回路を備えるワイドレンジ対応の電源回路としては、メイン電源の他にスタンバイ電源を備える電子機器でなければ、実際に使用することができないということになる。つまり、電源を実装可能な電子機器の種類が、スタンバイ電源を備えたものに限定されるわけであり、それだけ利用範囲が狭くなる。   In addition, the detection of the DC input voltage of the converter on the standby power supply side for the purpose of preventing malfunctions means that a wide range compatible power supply circuit having a circuit for switching the rectifying operation includes a standby power supply in addition to the main power supply. This means that it cannot actually be used unless it is an electronic device. That is, the types of electronic devices that can be equipped with a power supply are limited to those equipped with a standby power supply, and the use range is narrowed accordingly.

また、ワイドレンジ対応のための構成として、AC100V系/AC200V系の商用交流電源入力に応じて、一次側の電流共振形コンバータの形式をハーフブリッジ結合とフルブリッジ結合とで切り換える構成とすることも知られている。
この構成であれば、例えば上記した瞬間停電などによって、AC200V系の交流入力電圧がAC100V系のレベルにまで低下して誤動作したとしても、スイッチング動作がハーフブリッジ動作からフルブリッジ動作となるだけであり、スイッチング素子などが耐圧オーバーになることはない。このためにスタンバイ電源側の直流入力電圧を検出する必要もなくなるので、スタンバイ電源を備えない電子機器に対しても採用することが可能となる。また、商用電源ラインにおける切り換えではないために、半導体スイッチによる回路形態の切り換えが可能であるので、電磁リレーのような大型のスイッチ部品は不要となる。
Also, as a configuration for wide range compatibility, the primary side current resonance type converter may be switched between half-bridge coupling and full-bridge coupling in accordance with AC 100 V / AC 200 V commercial AC power input. Are known.
With this configuration, even if the AC 200V system AC input voltage drops to the AC 100V system level due to, for example, the momentary power failure described above, the switching operation only changes from the half-bridge operation to the full-bridge operation. The switching element or the like does not exceed the breakdown voltage. For this reason, it is not necessary to detect the DC input voltage on the standby power supply side, and therefore, it can be adopted for an electronic device that does not have a standby power supply. In addition, since it is not switching in the commercial power supply line, switching of the circuit form by a semiconductor switch is possible, so that a large switch part such as an electromagnetic relay is not necessary.

しかし、この構成では、AC100V系時に対応してフルブリッジ結合を形成するために、スイッチング素子を少なくとも4本備える必要がある。つまり、2本のスイッチング素子により形成可能なハーフブリッジ結合方式のみによるコンバータの構成と比較すれば、2本のスイッチング素子を追加する必要があることになる。
また、この構成の場合には、フルブリッジ動作では4石がスイッチング動作を行い、ハーフブリッジ動作でも3石のスイッチング素子がスイッチング動作を行う。共振形コンバータは、低スイッチングノイズではあるが、このようにしてスイッチングを行うスイッチング素子数が増加するほどスイッチングノイズに関しては不利となる。
However, in this configuration, it is necessary to provide at least four switching elements in order to form a full bridge coupling corresponding to the AC100V system. That is, it is necessary to add two switching elements as compared with the converter configuration using only the half-bridge coupling method that can be formed by two switching elements.
In this configuration, four stones perform switching operation in the full bridge operation, and three stone switching elements perform switching operation in the half bridge operation. Although the resonance type converter has low switching noise, as the number of switching elements that perform switching in this way increases, the switching noise becomes disadvantageous.

このようにして、ワイドレンジ対応として上記した何れの構成を採った場合にも、単レンジ対応の構成と比較した場合には、部品点数の増加などによる回路規模の拡大、コストアップがさけられない。また、前者の構成では機器への利用範囲の制限、後者の構成ではスイッチングノイズの増加など、それぞれ、単レンジ対応の構成では生じなかった新たな問題が生じる。   In this way, in any of the configurations described above that are compatible with a wide range, when compared with a configuration compatible with a single range, an increase in circuit scale and cost increase due to an increase in the number of parts cannot be avoided. . In addition, there are new problems that did not occur in the configuration corresponding to the single range, such as limitation of the range of use to the device in the former configuration and increase in switching noise in the latter configuration.

また、スイッチング周波数の制御範囲が相応に広範囲であることによっては、二次側直流出力電圧Eoについての安定化の高速応答特性が低下するという問題も生じる。
電子機器によっては、例えば最大負荷の状態とほぼ無負荷とされる状態のとの間で、負荷条件が瞬時的に切り換わるようにして変動する動作を伴うものがある。このような負荷変動は、スイッチング負荷ともいわれる。このような機器に搭載される電源回路としては、上記スイッチング負荷とされる負荷変動にも対応して二次側直流出力電圧が適正に安定化されるようにする必要がある。
しかしながら、先の図13、図14での説明のようにスイッチング周波数の制御範囲が広範である特性を持つ場合には、上記スイッチング負荷のような負荷変動に対応して、二次側直流出力電圧を所要レベルとするためのスイッチング周波数にまで可変させるためには比較的長い時間を要することになる。つまり、定電圧制御の応答特性としては良好でない結果が得られることになる。
特に図11に示した電源回路は、図15に示したようにして、定電圧制御に応じたスイッチング周波数特性としては、負荷電力Po=25W程度以下から0Wまでの負荷範囲において、スイッチング周波数が大きく変化するものとなっており、上記したようなスイッチング負荷に対する定電圧制御応答性としては不利になっていることが分かる。
In addition, if the control range of the switching frequency is correspondingly wide, there is a problem that the high-speed response characteristic for stabilization of the secondary side DC output voltage Eo is deteriorated.
Some electronic devices involve, for example, an operation that fluctuates so that the load condition is instantaneously switched between a state of maximum load and a state of almost no load. Such a load variation is also called a switching load. As a power supply circuit mounted on such a device, it is necessary to appropriately stabilize the secondary side DC output voltage in response to the load fluctuation that is the switching load.
However, when the switching frequency control range is wide as described with reference to FIGS. 13 and 14, the secondary side DC output voltage corresponds to the load fluctuation such as the switching load. It takes a relatively long time to vary the switching frequency to the required level. That is, an unsatisfactory result is obtained as a response characteristic of constant voltage control.
In particular, the power supply circuit shown in FIG. 11 has a large switching frequency in the load range from about load power Po = 25 W or less to 0 W as a switching frequency characteristic according to constant voltage control as shown in FIG. It can be seen that the constant voltage control response to the switching load as described above is disadvantageous.

また、さらなる問題点として、先の図11に示した回路の如く二次側の整流回路を両波整流とした場合は、特に絶縁コンバータトランスPITに偏磁が生じるという問題も生じる。
つまり、二次巻線部N2A、二次巻線部N2Bとしては、絶縁コンバータトランスPITのボビンに対しどちらから先に巻き付けるかによって、一方の巻線部は長く、他方は短くなる。そして、このような巻線長の差から、一次巻線N1と二次巻線部N2A、一次巻線N1と二次巻線部N2Bとでの結合係数にも差が生じる。
図11の回路の実際として、一次巻線N1と二次巻線部N2Aとの結合係数はk=0.86、一次巻線N1と二次巻線部N2Bとの結合係数はk=0.85となっている。そして、これによって各巻線部での漏洩インダクタンスにも差が生じ、この結果として、先の図12の波形図の如く、整流出力電流I2としては各半周期でピークレベルが異なるような波形が得られることになる。
Further, as a further problem, when the secondary side rectifier circuit is a double-wave rectifier as in the circuit shown in FIG. 11, there is a problem that a magnetic demagnetization occurs particularly in the insulating converter transformer PIT.
That is, as the secondary winding portion N2A and the secondary winding portion N2B, one winding portion is long and the other is short depending on which is wound first around the bobbin of the insulating converter transformer PIT. Due to the difference in winding length, a difference also occurs in the coupling coefficient between the primary winding N1 and the secondary winding portion N2A, and between the primary winding N1 and the secondary winding portion N2B.
11, the coupling coefficient between the primary winding N1 and the secondary winding part N2A is k = 0.86, and the coupling coefficient between the primary winding N1 and the secondary winding part N2B is k = 0. 85. This also causes a difference in the leakage inductance in each winding part. As a result, as shown in the waveform diagram of FIG. 12, the rectified output current I2 has a waveform with a different peak level in each half cycle. Will be.

このように各半周期で整流電流のピークレベルが異なるということは、二次側の各整流ダイオード(Do1、Do2)に流れる電流のピークレベルも異なっており、結果として一方の整流ダイオードとしては、双方のダイオードに均等のピークレベルによる整流電流が流れる場合よりも、耐電流レベルを上げなければならないことになる。従って、その分、均等な整流電流のピークレベルが得られる場合よりも、耐電流レベルの高いより高価な部品を選定する必要がでてくるもので、これによって電源回路の製造上のコストアップを強いられることになる。
また、上記のようにして整流電流のピークレベルが異なるようにされることによっては、各整流ダイオードDo1、Do2における導通損にも偏りが生じてしまうという問題もある。
Thus, the fact that the peak level of the rectified current is different in each half cycle means that the peak level of the current flowing through each secondary rectifier diode (Do1, Do2) is also different. As a result, as one rectifier diode, The withstand current level must be increased as compared with the case where a rectified current having an equal peak level flows through both diodes. Therefore, it is necessary to select a more expensive part with a higher withstand current level than when a uniform rectified current peak level is obtained, and this increases the manufacturing cost of the power supply circuit. Will be forced.
Further, when the peak level of the rectified current is made different as described above, there is a problem that the conduction loss in each of the rectifier diodes Do1 and Do2 is also biased.

そこで本発明は上記した課題を考慮して、スイッチング電源回路として次のように構成する。
つまり、先ず、直流入力電圧を入力してスイッチングを行うスイッチング素子を備えて形成したスイッチング手段と、上記スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチング駆動手段とを備える。
また、上記スイッチング手段のスイッチング動作により得られるスイッチング出力が供給される一次巻線と、この一次巻線により交番電圧が誘起される二次巻線とが巻装されて形成される絶縁コンバータトランスを備える。
また、少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線の漏洩インダクタンス成分と、上記一次巻線に直列接続された一次側直列共振コンデンサのキャパシタンスとによって形成され、上記スイッチング手段の動作を電流共振形とする一次側直列共振回路を備える。
さらに、両波整流回路以外の整流回路を備えるようにされて上記二次巻線に得られる交番電圧について整流動作を行って、その整流出力を二次側平滑コンデンサにより平滑化して二次側直流出力電圧を生成する二次側直流出力電圧生成手段を備える。
そして、上記二次側直流出力電圧のレベルに応じて上記スイッチング駆動手段を制御して、上記スイッチング手段のスイッチング周波数を可変することで、上記二次側直流出力電圧について定電圧制御を行う定電圧制御手段を備える。
その上で、上記絶縁コンバータトランスは、一次側と二次側との結合係数が所定以下となるようにして、コアの所定位置に形成されるギャップ長が設定されているものである。
In view of the above-described problems, the present invention is configured as a switching power supply circuit as follows.
That is, first, a switching means formed by including a switching element that performs switching by inputting a DC input voltage, and a switching drive means that switches the switching element are provided.
An insulating converter transformer formed by winding a primary winding to which a switching output obtained by the switching operation of the switching means is supplied and a secondary winding in which an alternating voltage is induced by the primary winding; Prepare.
Also, the switching means is formed of at least a leakage inductance component of the primary winding of the insulating converter transformer and a capacitance of a primary side series resonance capacitor connected in series to the primary winding, and the operation of the switching means is a current resonance type. A primary side series resonance circuit is provided.
Further, a rectifier circuit other than the double-wave rectifier circuit is provided to perform a rectification operation on the alternating voltage obtained in the secondary winding, and the rectified output is smoothed by a secondary side smoothing capacitor, and a secondary side DC Secondary side DC output voltage generation means for generating an output voltage is provided.
A constant voltage for controlling the secondary side DC output voltage by controlling the switching drive means according to the level of the secondary side DC output voltage and varying the switching frequency of the switching means. Control means are provided.
In addition, the insulating converter transformer has a gap length formed at a predetermined position of the core such that the coupling coefficient between the primary side and the secondary side is not more than a predetermined value.

上記構成によるスイッチング電源回路では、一次側のスイッチング動作を電流共振形とする一次側直列共振回路が形成されたスイッチングコンバータの構成が採られた上で、二次側の整流回路としては、両波整流回路以外の整流回路を備えるものとしている。そして、二次側直流出力電圧の安定化は、一次側のスイッチング素子のスイッチング周波数を可変制御することで行うスイッチング周波数制御方式により行われる。
このようにして、スイッチング周波数制御方式による安定化動作を行う場合において、二次側の整流回路が両波整流回路以外とされることで、両波整流回路とされた場合に二次巻線に存在することになる線間静電容量をなくすことができ、二次側において並列共振動作が行われることはなくなる。先ずはこの点で、安定化のために必要なスイッチング周波数の可変制御範囲(必要制御範囲)の縮小化を図ることができる。
その上で、本発明においては、絶縁コンバータトランスの一次側と二次側との結合係数を所定以下にまで低下させていることで、さらに必要制御範囲の縮小化を図ることができる。
The switching power supply circuit having the above configuration employs a switching converter configuration in which a primary side series resonance circuit having a primary side switching operation as a current resonance type is formed, and the secondary side rectifier circuit includes both waves. A rectifier circuit other than the rectifier circuit is provided. The stabilization of the secondary side DC output voltage is performed by a switching frequency control method that is performed by variably controlling the switching frequency of the primary side switching element.
In this way, when performing the stabilization operation by the switching frequency control method, the secondary side rectifier circuit is made other than the double-wave rectifier circuit, so that when the double-wave rectifier circuit is used, The inter-line capacitance that will exist can be eliminated, and parallel resonance operation will not be performed on the secondary side. First, in this respect, it is possible to reduce the variable control range (necessary control range) of the switching frequency necessary for stabilization.
In addition, in the present invention, the required control range can be further reduced by reducing the coupling coefficient between the primary side and the secondary side of the insulating converter transformer to a predetermined value or less.

このようにして本発明によれば、定電圧制御に必要なスイッチング周波数の可変制御範囲(必要制御範囲)を従来よりも縮小することができることから、スイッチング周波数制御方式による安定化動作のみによるワイドレンジ対応の電源回路が、容易に実現化可能となる。
このようにして、スイッチング周波数制御によるワイドレンジ対応が実現化されることで、例えば、商用交流電源の定格レベルに応じて、整流回路系を切り換えたり、あるいは、例えばハーフブリッジ結合とフルブリッジ結合との間で回路を切り換えるための構成を採る必要はなくなる。
これにより、その分回路構成部品の削減及び基板面積の削減が図られるほか、電子機器への電源回路の適用範囲が拡がったり、また、スイッチングノイズにも有利となったりするなどの効果が得られる。
As described above, according to the present invention, the variable control range (necessary control range) of the switching frequency necessary for the constant voltage control can be reduced as compared with the conventional case. Therefore, the wide range only by the stabilizing operation by the switching frequency control method. A corresponding power supply circuit can be easily realized.
In this way, wide-range support by switching frequency control is realized, for example, switching the rectifier circuit system according to the rated level of commercial AC power supply, or, for example, half-bridge coupling and full-bridge coupling It is no longer necessary to adopt a configuration for switching circuits between the two.
As a result, the circuit component parts and the board area can be reduced accordingly, and the application range of the power supply circuit to the electronic device can be expanded and switching noise can be advantageously obtained. .

また、このような本発明の構成を実現するためには、基本的には、絶縁コンバータトランスのコアに形成するギャップについて従来よりも拡大すればよいものであることから、実質的には従来の構成から追加部品なしでワイドレンジ対応の構成を実現することが可能となる。   Further, in order to realize such a configuration of the present invention, basically, the gap formed in the core of the insulating converter transformer has only to be larger than the conventional one. A configuration corresponding to a wide range can be realized without additional parts from the configuration.

また、上記のようにしてスイッチング周波数の必要制御範囲が縮小されれば、例えば負荷電力が最大/無負荷で高速に変動する場合には、定電圧制御の応答性も向上されることとなり、この点で、より高い信頼性を得ることができる。   If the required control range of the switching frequency is reduced as described above, for example, when the load power fluctuates at maximum / no load at high speed, the responsiveness of the constant voltage control is improved. In this respect, higher reliability can be obtained.

図1は、本発明を実施するための最良の形態(以下、実施の形態ともいう)としてのスイッチング電源回路の構成例を示す回路図である。この図に示す電源回路としても、一次側の基本構成として、ハーフブリッジ結合方式による他励式の電流共振形コンバータに対して部分電圧共振回路が組み合わされた構成を採る。   FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration example of a switching power supply circuit as the best mode for carrying out the present invention (hereinafter also referred to as an embodiment). The power supply circuit shown in this figure also employs a configuration in which a partial voltage resonance circuit is combined with a separately excited current resonance converter using a half-bridge coupling method as a basic configuration on the primary side.

先ず、この図1に示す電源回路において、商用交流電源ACに対しては、フィルタコンデンサCL、CL、及びコモンモードチョークコイルCMCによるコモンモードノイズフィルタが形成されている。
そして、上記ノイズフィルタの後段となる商用交流電源ACに対しては、ブリッジ整流回路Di及び1本の平滑コンデンサCiから成る全波整流平滑回路が接続される。
この全波整流平滑回路が商用交流電源ACを入力して全波整流動作を行うことによって、平滑コンデンサCiの両端には整流平滑電圧Ei(直流入力電圧)が得られる。この場合の整流平滑電圧Eiは、交流入力電圧VACの等倍に対応したレベルとなる。
First, in the power supply circuit shown in FIG. 1, a common mode noise filter including filter capacitors CL and CL and a common mode choke coil CMC is formed for the commercial AC power supply AC.
A full-wave rectifying / smoothing circuit including a bridge rectifier circuit Di and one smoothing capacitor Ci is connected to the commercial AC power supply AC that is a subsequent stage of the noise filter.
When this full-wave rectifying / smoothing circuit inputs a commercial AC power supply AC and performs a full-wave rectifying operation, a rectified and smoothed voltage Ei (DC input voltage) is obtained at both ends of the smoothing capacitor Ci. In this case, the rectified and smoothed voltage Ei is at a level corresponding to the AC input voltage VAC.

上記直流入力電圧を入力してスイッチング(断続)する電流共振形コンバータとしては、図示するようにして、MOS−FETによる2本のスイッチング素子Q1,Q2をハーフブリッジ結合により接続したスイッチング回路を備える。スイッチング素子Q1,Q2の各ドレイン−ソース間に対しては、ダンパーダイオードDD1,DD2が並列に接続される。ダンパーダイオードDD1のアノード、カソードは、それぞれスイッチング素子Q1のソース、ドレインと接続される。同様にして、ダンパーダイオードDD2のアノード、カソードは、それぞれスイッチング素子Q2のソース、ドレインと接続される。ダンパーダイオードDD1,DD2は、それぞれスイッチング素子Q1,Q2が備えるボディダイオードとされる。   As shown in the figure, the current resonance type converter for switching (intermittently) by inputting the DC input voltage includes a switching circuit in which two switching elements Q1, Q2 by MOS-FETs are connected by half bridge coupling. Damper diodes DD1 and DD2 are connected in parallel between the drains and sources of the switching elements Q1 and Q2. The anode and cathode of the damper diode DD1 are connected to the source and drain of the switching element Q1, respectively. Similarly, the anode and cathode of the damper diode DD2 are connected to the source and drain of the switching element Q2, respectively. The damper diodes DD1 and DD2 are body diodes provided in the switching elements Q1 and Q2, respectively.

また、スイッチング素子Q2のドレイン−ソース間に対しては、一次側部分共振コンデンサCpが並列に接続される。この一次側部分共振コンデンサCpのキャパシタンスと一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1によっては並列共振回路(部分電圧共振回路)を形成する。そして、スイッチング素子Q1,Q2のターンオフ時にのみ電圧共振する、部分電圧共振動作が得られるようになっている。   A primary side partial resonance capacitor Cp is connected in parallel between the drain and source of the switching element Q2. A parallel resonance circuit (partial voltage resonance circuit) is formed by the capacitance of the primary side partial resonance capacitor Cp and the leakage inductance L1 of the primary winding N1. A partial voltage resonance operation in which voltage resonance occurs only when the switching elements Q1, Q2 are turned off is obtained.

また、スイッチング素子Q1,Q2をスイッチング駆動するために、発振・ドライブ回路2が設けられる。この発振・ドライブ回路2は、発振回路、駆動回路を有しており、例えばこの場合には、汎用のICを用いることができる。発振・ドライブ回路2の発振回路は、所要周波数の発振信号を発生させ、駆動回路は、上記発振信号を利用してMOS−FETをスイッチング駆動するためのゲート電圧であるスイッチング駆動信号を生成して、スイッチング素子Q1,Q2のゲートに印加するようにされる。これにより、スイッチング素子Q1,Q2は、スイッチング駆動信号の周期に応じたスイッチング周波数に従って、交互となるタイミングで連続的にオン/オフするようにしてスイッチング動作を行う。   In addition, an oscillation / drive circuit 2 is provided for switching the switching elements Q1, Q2. The oscillation / drive circuit 2 includes an oscillation circuit and a drive circuit. In this case, for example, a general-purpose IC can be used. The oscillation circuit of the oscillation / drive circuit 2 generates an oscillation signal having a required frequency, and the drive circuit generates a switching drive signal that is a gate voltage for switching the MOS-FET by using the oscillation signal. The voltage is applied to the gates of the switching elements Q1, Q2. Thereby, the switching elements Q1 and Q2 perform the switching operation so as to be continuously turned on / off at alternate timings according to the switching frequency according to the cycle of the switching drive signal.

絶縁コンバータトランスPITは、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力を二次側に伝送するために設けられる。
この絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1の一方の端部は、一次側直列共振コンデンサC1の直列接続を介して、スイッチング素子Q1のソースとスイッチング素子Q2のドレインとの接続点(スイッチング出力点)に接続されることで、スイッチング出力が伝達されるようになっている。また、一次巻線N1の他方の端部は一次側アースと接続される。
The insulating converter transformer PIT is provided to transmit the switching outputs of the switching elements Q1, Q2 to the secondary side.
One end of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT is connected to the connection point (switching output point) between the source of the switching element Q1 and the drain of the switching element Q2 via the series connection of the primary side series resonant capacitor C1. As a result, the switching output is transmitted. The other end of the primary winding N1 is connected to the primary side ground.

ここで、絶縁コンバータトランスPITは、図2の断面図に示すような構造とされる。
この図に示されるように、絶縁コンバータトランスPITは、フェライト材によるE型コアCR1、CR2を互いの磁脚が対向するように組み合わせたEE型コア(EE字形コア)を備える。
そして、一次側と二次側の巻装部について相互に独立するようにして分割した形状により、例えば樹脂などによって形成されるボビンBが備えられる。このボビンBの一方の巻装部に対して一次巻線N1を巻装する。また、他方の巻装部に対して、二次巻線N2を巻装する。このようにして一次側巻線(N1)及び二次側巻線(N2)が巻装されたボビンBを上記EE型コア(CR1,CR2)に取り付けることで、一次側巻線及び二次側巻線とがそれぞれ異なる巻装領域により、EE型コアの内磁脚に巻装される状態となる。このようにして絶縁コンバータトランスPIT全体としての構造が得られる。
Here, the insulating converter transformer PIT has a structure as shown in the cross-sectional view of FIG.
As shown in this figure, the insulating converter transformer PIT includes an EE type core (EE-shaped core) in which E-type cores CR1 and CR2 made of a ferrite material are combined so that their magnetic legs face each other.
And the bobbin B formed with resin etc. is provided by the shape divided | segmented so that it might mutually become independent about the primary side and the secondary side winding part. The primary winding N1 is wound around one winding portion of the bobbin B. Further, the secondary winding N2 is wound around the other winding portion. By attaching the bobbin B on which the primary side winding (N1) and the secondary side winding (N2) are wound in this way to the EE type cores (CR1, CR2), the primary side winding and the secondary side Due to the different winding regions, the windings are wound around the inner magnetic legs of the EE type core. In this way, the structure of the insulating converter transformer PIT as a whole is obtained.

そのうえで、EE型コアの内磁脚に対しては、図のようにしてギャップGを形成する。この場合のギャップGとしては、例えばギャップ長2.0mm程度以上を設定し、一次側と二次側との結合係数kとしては、例えばk=0.70程度以下による疎結合の状態を得るようにしている。なお、実際の結合係数kとしては、ギャップ長=2.8mm程度を設定してk=0.625を設定した。また、ギャップGは、E型コアCR1,CR2の内磁脚を2本の外磁脚よりも短くすることで形成することができる。   In addition, a gap G is formed as shown in the figure for the inner magnetic leg of the EE type core. In this case, as the gap G, for example, a gap length of about 2.0 mm or more is set, and as the coupling coefficient k between the primary side and the secondary side, for example, a loosely coupled state with k = 0.70 or less is obtained. ing. As an actual coupling coefficient k, a gap length = 2.8 mm was set and k = 0.625 was set. The gap G can be formed by making the inner magnetic legs of the E-type cores CR1 and CR2 shorter than the two outer magnetic legs.

ちなみに、先の図11に示した電源回路をはじめ、従来の電流共振形コンバータを備えた電源回路においては、絶縁コンバータトランスPITのコアに形成するギャップとして、先にも述べたように例えば1.0mm程度を設定することで、結合係数kとしてk=0.8〜0.9程度を得るようにされていた。
つまり、本実施の形態においては、絶縁コンバータトランスPITの一次側と二次側の結合度について、従来よりもさらに低い状態を設定しているものである。
Incidentally, in the power supply circuit having the conventional current resonance type converter including the power supply circuit shown in FIG. 11, the gap formed in the core of the insulating converter transformer PIT is, for example, 1.0 mm as described above. By setting the degree, k = 0.8 to 0.9 was obtained as the coupling coefficient k.
In other words, in the present embodiment, the degree of coupling between the primary side and the secondary side of the insulating converter transformer PIT is set to be lower than in the prior art.

説明を図1に戻す。
絶縁コンバータトランスPITは、図2により説明した構造によって一次巻線N1に所定のリーケージインダクタンスL1を生じさせる。また、先に説明したように、一次巻線N1と一次側直列共振コンデンサC1とは直列に接続されている。従って、上記一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1と一次側直列共振コンデンサC1のキャパシタンスとによっては直列共振回路(一次側直列共振回路)が形成されることになる。
そのうえで、上記一次側直列共振回路は、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力点に対して接続されており、従って、スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング出力は、一次側直列共振回路に伝達されることになる。一次側直列共振回路では、伝達されたスイッチング出力により共振動作を行うことで、一次側スイッチングコンバータの動作を電流共振形とする。
Returning to FIG.
The insulating converter transformer PIT generates a predetermined leakage inductance L1 in the primary winding N1 with the structure described with reference to FIG. Further, as described above, the primary winding N1 and the primary side series resonance capacitor C1 are connected in series. Accordingly, a series resonance circuit (primary side series resonance circuit) is formed by the leakage inductance L1 of the primary winding N1 and the capacitance of the primary side series resonance capacitor C1.
In addition, the primary side series resonance circuit is connected to the switching output points of the switching elements Q1 and Q2, and therefore the switching outputs of the switching elements Q1 and Q2 are transmitted to the primary side series resonance circuit. Become. In the primary side series resonance circuit, the resonance operation is performed by the transmitted switching output, so that the operation of the primary side switching converter is a current resonance type.

ところで、これまでの説明によると、この図に示す一次側スイッチングコンバータとしては、一次側直列共振回路(L1−C1)による電流共振形としての動作と、前述した一次側部分電圧共振回路(Cp//L1)とによる部分電圧共振動作とが得られることになる。
つまり、この図に示す電源回路の一次側においては、一次側スイッチングコンバータを共振形とするための共振回路に対して、他の共振回路とが組み合わされた構成を採っている。ここでは、このように2つの共振回路が組み合わされて成るスイッチングコンバータを、「複合共振形コンバータ」ということにする。
By the way, according to the description so far, the primary side switching converter shown in this figure has an operation as a current resonance type by the primary side series resonance circuit (L1-C1) and the above-described primary side partial voltage resonance circuit (Cp / / L1) and partial voltage resonance operation.
That is, on the primary side of the power supply circuit shown in this figure, a configuration in which the resonance circuit for making the primary side switching converter a resonance type is combined with another resonance circuit is adopted. Here, a switching converter in which two resonance circuits are combined in this way is referred to as a “composite resonance type converter”.

絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2には、一次巻線N1に伝達されたスイッチング出力に応じた交番電圧が励起(誘起)される。
この場合、二次巻線N2に対しては、整流ダイオードDo1〜Do4を図示するようにして接続して成るブリッジ整流回路と、1組の平滑コンデンサCoとによる全波整流平滑回路が設けられる。
この全波整流平滑回路において、二次巻線N2に励起される交番電圧の一方の半周期では、ブリッジ整流回路の整流ダイオード[Do1,Do4]の組が導通して、平滑コンデンサCoに対して整流電流を充電する動作が得られる。また、二次巻線N2に励起される交番電圧の他方の半周期では、整流ダイオード[Do2,Do3]の組が導通して平滑コンデンサCoに対して整流電流を充電する動作が得られる。
これにより、平滑コンデンサCoの両端電圧(二次側直流出力電圧Eo)としては、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの等倍に対応したレベルが得られることになる。
An alternating voltage corresponding to the switching output transmitted to the primary winding N1 is excited (induced) in the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT.
In this case, a full-wave rectifying / smoothing circuit including a bridge rectifying circuit formed by connecting rectifying diodes Do1 to Do4 as illustrated and a set of smoothing capacitors Co is provided for the secondary winding N2.
In this full-wave rectifying / smoothing circuit, in one half cycle of the alternating voltage excited by the secondary winding N2, the pair of rectifier diodes [Do1, Do4] of the bridge rectifier circuit is turned on, and is connected to the smoothing capacitor Co. The operation of charging the rectified current is obtained. Further, in the other half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, the operation of charging the rectified current to the smoothing capacitor Co by obtaining a set of rectifier diodes [Do2, Do3] conducting.
As a result, a voltage corresponding to the same multiple of the alternating voltage level excited in the secondary winding N2 is obtained as the voltage across the smoothing capacitor Co (secondary side DC output voltage Eo).

このようにして平滑コンデンサCoに得られた二次側直流出力電圧Eoは、図示しない負荷に供給されるとともに、次に説明する制御回路1のための検出電圧としても分岐して入力される。   The secondary side DC output voltage Eo obtained in the smoothing capacitor Co in this way is supplied to a load (not shown) and is also branched and input as a detection voltage for the control circuit 1 described below.

制御回路1は、二次側直流出力電圧Eoをスイッチング周波数制御方式により安定化するために設けられる。
この場合の制御回路1は、検出入力である二次側直流出力電圧Eoのレベル変化に応じた検出出力を発振・ドライブ回路2に供給する。発振・ドライブ回路2では、入力された制御回路1の検出出力に応じてスイッチング周波数が可変されるようにしてスイッチング素子Q1,Q2を駆動する。このためには、内部の発振回路により生成する発振信号の周波数を可変することになる。
スイッチング素子Q1,Q2のスイッチング周波数が可変されることで、一次側直列共振回路の共振インピーダンスが変化し、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1から二次巻線N2側に伝送される電力量が変化するが、これにより二次側直流出力電圧Eoのレベルを安定化させるように動作する。
The control circuit 1 is provided to stabilize the secondary side DC output voltage Eo by the switching frequency control method.
In this case, the control circuit 1 supplies the oscillation / drive circuit 2 with a detection output corresponding to the level change of the secondary side DC output voltage Eo as a detection input. The oscillation / drive circuit 2 drives the switching elements Q1 and Q2 such that the switching frequency is varied according to the input detection output of the control circuit 1. For this purpose, the frequency of the oscillation signal generated by the internal oscillation circuit is varied.
By changing the switching frequency of the switching elements Q1 and Q2, the resonance impedance of the primary side series resonance circuit changes, and the amount of electric power transmitted from the primary winding N1 to the secondary winding N2 side of the insulating converter transformer PIT is reduced. Although it changes, this operates so as to stabilize the level of the secondary side DC output voltage Eo.

ここで、一般的な電流共振形コンバータにおいては、スイッチング周波数制御方式として、一次側直列共振回路の共振周波数foよりも高い周波数範囲をスイッチング周波数の可変範囲として設定するようにされた、いわゆるアッパーサイド制御の方式を採る。
このとき、直列共振回路は、共振周波数において最も共振インピーダンスが低くなる。このことから、本実施の形態のようにして直列共振回路の共振周波数に基づくアッパーサイド制御方式を採る場合には、スイッチング周波数fsが高くなっていくのに応じて、共振インピーダンスを高くすることになる。
従って、例えば重負荷の傾向となって二次側直流出力電圧Eoが低下するのに応じては、上記スイッチング周波数を低くするように制御することになる。これは共振インピーダンスを低くすることとなり、一次側から二次側への電力伝送量が増加することになるために、二次側直流出力電圧Eoが上昇する。
これに対して、軽負荷の傾向となって二次側直流出力電圧Eoが上昇するのに応じては、上記スイッチング周波数を高くするように制御する。これにより、共振インピーダンスは高くなって上記電力伝送量が低減するために、二次側直流出力電圧Eoは低下する。このようにして、スイッチング周波数が可変されることによって、二次側直流出力電圧Eoが安定化されることになる。
Here, in a general current resonance type converter, as a switching frequency control method, a frequency range higher than the resonance frequency fo of the primary side series resonance circuit is set as a variable range of the switching frequency. Take control method.
At this time, the series resonance circuit has the lowest resonance impedance at the resonance frequency. Therefore, when the upper side control method based on the resonance frequency of the series resonance circuit is employed as in the present embodiment, the resonance impedance is increased as the switching frequency fs increases. Become.
Therefore, for example, when the secondary side DC output voltage Eo decreases due to a heavy load tendency, the switching frequency is controlled to be lowered. This lowers the resonance impedance and increases the amount of power transmitted from the primary side to the secondary side, so that the secondary side DC output voltage Eo rises.
On the other hand, when the secondary side DC output voltage Eo rises due to a light load tendency, the switching frequency is controlled to be increased. As a result, the resonance impedance is increased and the power transmission amount is reduced, so that the secondary side DC output voltage Eo is lowered. Thus, the secondary side DC output voltage Eo is stabilized by changing the switching frequency.

図3、図4には、図1に示した電源回路における要部の動作波形を示す。
ここで、図1に示した電源回路としては、後述もするようにワイドレンジ対応の構成が採られるものである。これに対応して、図3では交流入力電圧VAC=100V時での、また図4では交流入力電圧VAC=230V時での動作波形をそれぞれ示すものとする。また、これらの図を参照してわかるように、この場合、図3、図4の各図では、さらに負荷電力Po=200W時と、負荷電力Po=0W時との動作波形をそれぞれ示している。
なお、負荷電力Po=200Wは、図1の電源回路の最大負荷電力(Pomax)であるとする。また、負荷電力Po=0Wは最小負荷電力(Pomin)となる。
3 and 4 show operation waveforms of main parts of the power supply circuit shown in FIG.
Here, the power supply circuit shown in FIG. 1 adopts a configuration corresponding to a wide range as will be described later. Corresponding to this, FIG. 3 shows the operation waveforms when the AC input voltage VAC = 100V, and FIG. 4 shows the operation waveforms when the AC input voltage VAC = 230V. Further, as can be seen with reference to these drawings, in this case, each of the diagrams of FIGS. 3 and 4 further shows operation waveforms when the load power Po = 200 W and when the load power Po = 0 W, respectively. .
It is assumed that the load power Po = 200 W is the maximum load power (Pomax) of the power supply circuit in FIG. Further, the load power Po = 0W is the minimum load power (Pomin).

なお、これらの図に示される実験結果を得るにあたっては、図1の回路の各部を以下のように選定した。
・絶縁コンバータトランスPIT・・・ギャップG=2.8mm、一次巻線N1=35T、二次巻線N2=25T、結合係数k=0.625、
・一次側直列共振コンデンサC1=0.033μF
なお、上記一次巻線N1の巻数と一次側直列共振コンデンサC1のキャパシタンスの設定により、この場合の一次側直列共振回路の共振周波数foとしてはfo=55kHz程度を設定した。
また、この場合、上記各部の選定によって、二次巻線N2の1ターンあたりの誘起電圧レベルは5V/Tを設定した。
In order to obtain the experimental results shown in these figures, each part of the circuit of FIG. 1 was selected as follows.
Insulating converter transformer PIT: Gap G = 2.8 mm, primary winding N1 = 35T, secondary winding N2 = 25T, coupling coefficient k = 0.625,
・ Primary side series resonance capacitor C1 = 0.033μF
Note that, by setting the number of turns of the primary winding N1 and the capacitance of the primary side series resonance capacitor C1, the resonance frequency fo of the primary side series resonance circuit in this case is set to about fo = 55 kHz.
Further, in this case, the induced voltage level per turn of the secondary winding N2 is set to 5 V / T by selecting each of the above parts.

先ず、図3、図4において、矩形波状の電圧V1は、スイッチング素子Q2の両端電圧であり、スイッチング素子Q2のオン/オフタイミングを示す。この電圧V1は、スイッチング素子Q2が導通してオンとなるオン期間では0レベルとなり、非導通となるオフ期間においては、整流平滑電圧Eiのレベルでクランプされる波形となる。
スイッチング素子Q2のオン期間においては、スイッチング素子Q2及びクランプダイオードDD2から成るスイッチング回路系には、図示する波形によるスイッチング電流IQ2が流れる。また、スイッチング電流IQ2は、スイッチング素子Q2のオフ期間においては0レベルとなる。
また、図示していないが、他方のスイッチング素子Q1の両端電圧、及びスイッチング回路(Q1,DD1)に流れるスイッチング電流としては、上記電圧V1、及びスイッチング電流IQ2を180°移相をシフトした波形として得られる。つまり、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とは、交互にオン/オフするようにして同じ周期タイミングでスイッチング動作を行う。
なお、一次側直列共振回路(L1−C1)を流れる一次側直列共振電流Io(図示せず)としては、これらのスイッチング回路(Q1,DD1)(Q2,DD2)に流れるスイッチング電流が合成された成分として流れる。
First, in FIGS. 3 and 4, a rectangular wave voltage V1 is a voltage across the switching element Q2, and indicates the on / off timing of the switching element Q2. This voltage V1 has a waveform clamped at the level of the rectified and smoothed voltage Ei during an on period in which the switching element Q2 is conductive and turned on, and in an off period in which the switching element Q2 is nonconductive.
During the ON period of the switching element Q2, a switching current IQ2 having a waveform shown in the figure flows through the switching circuit system including the switching element Q2 and the clamp diode DD2. Further, the switching current IQ2 becomes 0 level during the OFF period of the switching element Q2.
Although not shown, as the voltage across the other switching element Q1 and the switching current flowing through the switching circuit (Q1, DD1), the voltage V1 and the switching current IQ2 have a waveform shifted by 180 ° phase shift. can get. That is, the switching element Q1 and the switching element Q2 perform the switching operation at the same cycle timing so as to be alternately turned on / off.
As the primary side series resonance current Io (not shown) flowing through the primary side series resonance circuit (L1-C1), switching currents flowing through these switching circuits (Q1, DD1) (Q2, DD2) are synthesized. It flows as an ingredient.

なお、交流入力電圧VAC=100V時において、スイッチング電流IQ2のピークレベルとしては、図3に示されるように、負荷電力Pomax=200W時には6.0Ap程度となる結果が得られている。また、負荷電力Pomin=0W時では4.0Ap程度が得られる。
また、交流入力電圧VAC=230V時のスイッチング電流IQ2のピークレベルは、図4に示されるように、負荷電力Pomax=200W時では5.0Ap程度、負荷電力Pomin=0W時では3.4Ap程度となる結果が得られた。
Note that, when the AC input voltage VAC = 100 V, the peak level of the switching current IQ2 is about 6.0 Ap when the load power Pomax = 200 W, as shown in FIG. In addition, when the load power Pomin = 0 W, about 4.0 Ap is obtained.
Further, as shown in FIG. 4, the peak level of the switching current IQ2 when the AC input voltage VAC = 230 V is about 5.0 Ap when the load power Pomax = 200 W, and about 3.4 Ap when the load power Pomin = 0 W. The result was obtained.

そして、上記した電圧V1及びスイッチング電流IQ2により示される一次側の動作が得られることで、絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2には、図示する波形による交番電圧V2が励起される(各図Pomax時参照)。この交番電圧V2は二次側直流出力電圧Eoのレベルでクランプされる波形が得られる。
さらに、このような波形による交番電圧V2が得られることで、二次側のブリッジ整流回路において、上記交番電圧V2が正極性となる半周期には整流ダイオードDo1、Do4の組が導通して平滑コンデンサCoに整流電流を充電する動作が得られる。また、交番電圧V2が負極性となる半周期には整流ダイオードDo2、Do3の組が導通して平滑コンデンサCoに整流電流を充電する。
このような動作が行われることで、図1に示される二次巻線N2を流れる二次側整流電流I2としては、図のように交番電圧V2が正極性のピークレベルとなる期間では正極性により流れ、負極性となる期間では同様に負極性により流れる波形が得られる。
Then, by obtaining the primary side operation indicated by the voltage V1 and the switching current IQ2, the alternating voltage V2 having the waveform shown in the figure is excited in the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT (each figure). (Refer to Pomax). This alternating voltage V2 has a waveform clamped at the level of the secondary side DC output voltage Eo.
Further, by obtaining the alternating voltage V2 having such a waveform, in the bridge rectifier circuit on the secondary side, the pair of rectifier diodes Do1 and Do4 are conducted and smoothed in the half cycle in which the alternating voltage V2 is positive. An operation of charging the capacitor Co with the rectified current is obtained. Further, in a half cycle in which the alternating voltage V2 is negative, the set of rectifier diodes Do2 and Do3 is turned on to charge the smoothing capacitor Co with a rectified current.
By performing such an operation, the secondary side rectified current I2 flowing through the secondary winding N2 shown in FIG. 1 is positive in the period in which the alternating voltage V2 is at the positive peak level as shown in the figure. In the period of negative polarity, a waveform that flows similarly due to negative polarity is obtained.

ここで、上記二次側整流電流I2の波形を参照してわかるように、図1の回路の二次側に流れる整流電流としては、それぞれ正負のピークレベルが同等のレベルで得られるものとなる。具体的には、図示するように交流入力電圧VAC=100V時、負荷電力Pomax時での正負のピークレベルは3.0Apで同等となる。また、交流入力電圧VAC=230V時、負荷電力Pomax時での正負のピークレベルは共に2.5Apである。   Here, as can be seen with reference to the waveform of the secondary side rectified current I2, as the rectified current flowing on the secondary side of the circuit of FIG. 1, positive and negative peak levels can be obtained at the same level. . Specifically, as shown in the figure, when the AC input voltage VAC = 100 V and the load power Pomax, the positive and negative peak levels are equal to 3.0 Ap. Further, when the AC input voltage VAC = 230 V, the positive and negative peak levels at the load power Pomax are both 2.5 Ap.

このように二次側の整流電流の正負のピークレベルが同等となるのは、図1の回路では二次側の整流回路としてブリッジ整流回路を備え、両波整流回路以外の整流回路としたことによる。
つまり、図1の回路の場合では、図11の両波整流回路を備える場合のように絶縁コンバータトランスPITの二次巻線N2に偏磁が生じるといったことはなく、これによって二次巻線N2に励起される交番電圧の各半周期で整流電流のピークレベルが異なるといった事態が防止されるものである。
これによれば、二次側の各整流ダイオードに流れる整流電流のピークレベルが異なることはなくなり、よって同じ耐電流レベル品を選定することができる。そして、この結果、回路製造コストとしてもその分削減が図られる。
また、このように二次側の整流電流が各半周期で同等のピークレベルとなることで、各整流ダイオードDoでの導通損に偏りが生じるという問題も解決される。
In this way, the positive and negative peak levels of the secondary side rectified current are equal because the circuit of FIG. 1 is provided with a bridge rectifier circuit as the secondary side rectifier circuit and a rectifier circuit other than the double-wave rectifier circuit. by.
In other words, in the case of the circuit of FIG. 1, there is no occurrence of demagnetization in the secondary winding N2 of the insulating converter transformer PIT, unlike the case where the double-wave rectifier circuit of FIG. 11 is provided. This prevents a situation in which the peak level of the rectified current is different in each half cycle of the alternating voltage excited by.
According to this, the peak level of the rectified current flowing through each rectifier diode on the secondary side is not different, and therefore, the same current withstand level product can be selected. As a result, the circuit manufacturing cost can be reduced accordingly.
In addition, since the secondary side rectified current has the same peak level in each half cycle as described above, the problem that the conduction loss in each rectifier diode Do is biased is also solved.

また、図1の回路では二次側の整流回路をブリッジ整流回路による全波整流回路としていることで、同じ二次側直流出力電圧Eoのレベルを得るにあたっての二次巻線N2の巻数は、両波整流とした場合の半分とすることができる。具体的に、二次側直流出力電圧Eo=135Vを得るにあたり、従来の図11の回路では二次巻線N2=50T(25T+25T)であったのに対し、図1の回路では上述の如く二次巻線N2=25Tとできるものである。
二次巻線N2の巻数の削減が図られることで、絶縁コンバータトランスPITのコアサイズを小型化でき、これによって回路の小型化も図ることができる。
In the circuit of FIG. 1, the secondary side rectifier circuit is a full-wave rectifier circuit using a bridge rectifier circuit, so that the number of turns of the secondary winding N2 for obtaining the same secondary side DC output voltage Eo level is It can be reduced to half of the case where both waves are rectified. Specifically, when the secondary side DC output voltage Eo = 135V is obtained, the secondary winding N2 = 50T (25T + 25T) in the conventional circuit of FIG. 11, whereas the circuit of FIG. The next winding N2 = 25T.
By reducing the number of turns of the secondary winding N2, it is possible to reduce the core size of the insulating converter transformer PIT, thereby reducing the size of the circuit.

ここで、図1に示した電源回路としては、先の図2においても説明したように、絶縁コンバータトランスPITにおける結合係数kについて、従来よりも低い値に設定するものとしている。また、上記もしているように二次側の整流回路としては、両波整流回路以外の整流回路を備えるものとしている。
実施の形態では、このような構成によって、AC100V系とAC200V系との入力に対応して動作可能な、いわゆるワイドレンジ対応の構成を実現する。このことについて、次の図5を参照して説明する。
Here, in the power supply circuit shown in FIG. 1, as described in FIG. 2, the coupling coefficient k in the insulating converter transformer PIT is set to a value lower than the conventional one. Further, as described above, the secondary side rectifier circuit includes a rectifier circuit other than the double-wave rectifier circuit.
In the embodiment, such a configuration realizes a so-called wide-range configuration that can operate in accordance with the input of the AC 100V system and the AC 200V system. This will be described with reference to FIG.

図5は、図1の電源回路の定電圧制御特性を、スイッチング周波数fsと二次側直流出力電圧Eoのレベルとの関係により示している。
なお、この図では同時に、絶縁コンバータトランスPITにおける結合係数kを従来の設定とした場合の電源回路の定電圧制御特性を一点鎖線により示している。
また、確認のために述べておくと、図1の電源回路としても、スイッチング周波数制御方式としていわゆるアッパーサイド制御を採用していることを前提とする。
FIG. 5 shows the constant voltage control characteristics of the power supply circuit of FIG. 1 by the relationship between the switching frequency fs and the level of the secondary side DC output voltage Eo.
In this figure, at the same time, the constant voltage control characteristic of the power supply circuit when the coupling coefficient k in the insulating converter transformer PIT is set to the conventional value is indicated by a one-dot chain line.
For confirmation, it is assumed that the power supply circuit of FIG. 1 adopts so-called upper side control as a switching frequency control method.

先の図13においても述べたが、直列共振回路は、共振周波数foのときに最も共振インピーダンスが小さくなる。これにより、アッパーサイド制御における二次側直流出力電圧Eoとスイッチング周波数fsの関係として、二次側直流出力電圧Eoのレベルは、スイッチング周波数fsが共振周波数foに近づいていくほど上昇し、共振周波数foから離れていくのに従って低下していくものとなる。
従って、負荷電力Poを一定とした条件でのスイッチング周波数fsに対する二次側直流出力電圧Eoのレベルは、図示するようにして、スイッチング周波数fsが一次側直列共振回路の共振周波数foと同じときにピークとなり、共振周波数foから離れるのに応じて低下する二次曲線的な変化を示す。
As described above with reference to FIG. 13, the series resonant circuit has the smallest resonance impedance at the resonance frequency fo. Thereby, as the relationship between the secondary side DC output voltage Eo and the switching frequency fs in the upper side control, the level of the secondary side DC output voltage Eo increases as the switching frequency fs approaches the resonance frequency fo. As it gets away from fo, it goes down.
Therefore, when the load power Po is constant, the level of the secondary side DC output voltage Eo with respect to the switching frequency fs is as shown in the figure when the switching frequency fs is the same as the resonance frequency fo of the primary side series resonance circuit. It becomes a peak, and shows a quadratic curve change that decreases as it moves away from the resonance frequency fo.

また、同じスイッチング周波数fsに対応する二次側直流出力電圧Eoのレベルは、最小負荷電力Pomin時よりも最大負荷電力Pomax時のほうが、所定分低下するようにしてシフトする特性が得られる。つまり、スイッチング周波数fsを固定として考えると、重負荷の条件となるのに従って二次側直流出力電圧Eoのレベルは低下する。   Further, a characteristic is obtained that the level of the secondary side DC output voltage Eo corresponding to the same switching frequency fs is shifted so as to decrease by a predetermined amount at the maximum load power Pomax than at the minimum load power Pomin. That is, when the switching frequency fs is considered as being fixed, the level of the secondary side DC output voltage Eo decreases as the heavy load condition is reached.

ここで、この図に示される図1の回路の場合での最大負荷電力Pomax(Po=200W)時の特性曲線(特性曲線1)と、従来の回路でのPomax時の特性曲線(特性曲線2)とを比較してわかるように、最大負荷電力時での双方の特性曲線としては、およそ同様の比較的急峻な二次曲線が得られていることがわかる。これに対し、最小負荷電力Pomin(Po=0W)時では、特性曲線3と示される図1の回路の曲線と、特性曲線4と示される従来の曲線とを比較すると、従来での非常になだらかな曲線に対し、図1の回路では急峻となる特性が得られていることが理解できる。   Here, the characteristic curve (characteristic curve 1) at the time of the maximum load power Pomax (Po = 200 W) in the case of the circuit of FIG. 1 shown in this figure and the characteristic curve (characteristic curve 2) at the time of Pomax in the conventional circuit. As can be seen from comparison with (2), approximately the same relatively steep quadratic curve is obtained as both characteristic curves at the maximum load power. On the other hand, when the minimum load power Pomin (Po = 0W) is compared, the curve of the circuit of FIG. 1 shown as the characteristic curve 3 and the conventional curve shown as the characteristic curve 4 are very gentle in the prior art. It can be understood that a steep characteristic is obtained in the circuit of FIG.

そして、このような特性が得られている下で、アッパーサイド制御により二次側直流出力電圧Eoについて、Eo=tgとなるようにして安定化しようとした場合、従来の電源回路において必要となるスイッチング周波数の可変範囲(必要制御範囲Δfs)は、特に上記のようにして最小負荷電力Pomin時の特性曲線がなだらかであることから、図のように比較的広範なΔfsBと示される範囲となる。
これに対し、図1に示した電源回路における安定化のための必要制御範囲Δfsは、従来よりも最小負荷電力Pomin時の特性曲線が急峻とされたことで、上記ΔfsBよりも縮小されたΔfsAとして示される範囲となる。
Then, under such a characteristic, when trying to stabilize the secondary side DC output voltage Eo by upper side control so that Eo = tg, it is necessary in the conventional power supply circuit. The variable range of the switching frequency (necessary control range Δfs) is a range indicated by a relatively wide ΔfsB as shown in the figure because the characteristic curve at the minimum load power Pomin is gentle as described above.
On the other hand, the necessary control range Δfs for stabilization in the power supply circuit shown in FIG. 1 is ΔfsA which is smaller than the above ΔfsB because the characteristic curve at the minimum load power Pomin is steeper than in the prior art. As a range.

このようにして、結合係数kについて従来よりも低い所定以下の値を設定した実施の形態では、特に最小負荷電力Pomin時でのスイッチング周波数の上昇が抑制されることで、安定化のための必要制御範囲Δfsが大幅に縮小されたものとなる。
ここで、図5の特性図においては、AC100V系又は200V系の一方の単レンジの場合での必要制御範囲Δfsについて示しているが、他方のレンジにおいても、同様に必要制御範囲Δfsの大幅な縮小化が図られるものとなる。すなわち、同様に最小負荷電力Pomin時でのスイッチング周波数の上昇が特に抑制されることで、AC100V系とAC200V系の双方の単レンジにおいて、従来よりも必要制御範囲Δfsの大幅な縮小化が図れるものである。
そして、このように各単レンジでの必要制御範囲Δfsの縮小化が図られるということは、AC100V系からAC200V系までの入力に対応するとした場合にも、その必要制御範囲Δfsとしては従来よりも大幅に縮小することができる。
In this way, in the embodiment in which the coupling coefficient k is set to a predetermined value lower than the conventional value, the increase in the switching frequency especially at the minimum load power Pomin is suppressed, so that it is necessary for stabilization. The control range Δfs is greatly reduced.
Here, in the characteristic diagram of FIG. 5, the necessary control range Δfs in the case of one single range of the AC100V system or the 200V system is shown, but in the other range, the necessary control range Δfs is also greatly increased. Reduction will be achieved. That is, similarly, the increase of the switching frequency at the time of the minimum load power Pomin is particularly suppressed, so that the required control range Δfs can be greatly reduced in comparison with the conventional one in both the AC100V system and the AC200V system. It is.
The reduction of the required control range Δfs in each single range in this way means that the required control range Δfs is also larger than the conventional control range Δfs even when it corresponds to the input from the AC 100V system to the AC 200V system. It can be greatly reduced.

このように、AC100V系からAC200V系の入力に対応する場合の必要制御範囲Δfsについても大幅な縮小化が図られることで、図1の電源回路によれば、スイッチング周波数制御方式による安定化動作のみによるワイドレンジ対応の構成を、より容易に実現することができるようになる。   As described above, the necessary control range Δfs when the input from the AC 100V system to the AC 200V system is supported is greatly reduced, so that the power supply circuit of FIG. 1 can perform only the stabilization operation by the switching frequency control method. The configuration corresponding to the wide range can be realized more easily.

ところで、上記もしているように実施の形態としては、二次側の整流回路としてブリッジ整流回路による全波整流動作を行うものとし、図11の回路のような両波整流回路以外の整流回路としているが、ここで仮に、図2にて説明した絶縁コンバータトランスPITの結合係数kの設定の下で、二次側の整流回路として両波整流回路を備えた場合について考察してみる。   By the way, as described above, as an embodiment, a full-wave rectification operation is performed by a bridge rectifier circuit as a secondary-side rectifier circuit, and a rectifier circuit other than a double-wave rectifier circuit such as the circuit of FIG. However, let us consider a case where a dual-wave rectifier circuit is provided as a secondary-side rectifier circuit under the setting of the coupling coefficient k of the insulating converter transformer PIT described in FIG.

先ず、両波整流回路とされることで、この場合としてもセンタータップによって分割された各二次巻線部の間には、線間静電容量が存在することに変わりはなく、従って二次側には等価的に並列共振回路が形成され、これによって、この場合としても定電圧制御についての特性曲線は、特に負荷電力Po=0W時のものは先の図14に示した双峰の曲線が得られることになる。
このようにして、特性曲線自体が単峰でなく双峰の特性となることから、両波整流回路とした場合には、実施の形態の結合係数kの設定によっても、スイッチング周波数の必要制御範囲Δfsの縮小化が図られないものとなる。これは、特性曲線が双峰であることで、無負荷近辺でのスイッチング周波数としては、先の図15に示したような急激に上昇する特性が維持されてしまうことによる。そして、これに伴って必要制御範囲Δfsとしても有効な縮小化を図ることがほぼ不可能となり、結果的に結合係数kについて所定以下に設定したとしても必要制御範囲Δfsは変化しないことになる。
First, since it is a double-wave rectifier circuit, even in this case, there is no change in the capacitance between the secondary windings divided by the center tap. A parallel resonant circuit is equivalently formed on the side, so that even in this case, the characteristic curve for the constant voltage control, particularly when the load power Po = 0 W, is the bimodal curve shown in FIG. Will be obtained.
In this way, the characteristic curve itself is not a single peak but a double peak characteristic. Therefore, in the case of a double-wave rectifier circuit, the required control range of the switching frequency is also set by the setting of the coupling coefficient k of the embodiment. Δfs cannot be reduced. This is because the characteristic curve is a double peak, and as a switching frequency in the vicinity of no load, the characteristic of rapidly increasing as shown in FIG. 15 is maintained. As a result, it is almost impossible to effectively reduce the necessary control range Δfs, and as a result, the necessary control range Δfs does not change even if the coupling coefficient k is set to a predetermined value or less.

これに対し、二次側に並列共振回路が形成されず、定電圧制御の特性曲線が単峰であれば、先の図5の特性図から理解されるように、結合係数kの設定によって、無負荷時(Pomin時)のスイッチング周波数は、従来の結合係数の設定とされた場合よりも低い値とすることができ、従って無負荷付近でのスイッチング周波数の急激な上昇特性は有効に改善が図られる。
このような理由から、二次側の整流回路を両波整流回路以外とし、結合係数kについて所定以下に低下させた実施の形態によれば、必要制御範囲Δfsの有効な縮小化を図ることができ、これによってスイッチング周波数制御方式による安定化動作のみでのワイドレンジ対応の構成をより容易に実現することができる。
On the other hand, if the parallel resonance circuit is not formed on the secondary side and the characteristic curve of constant voltage control is a single peak, as understood from the characteristic diagram of FIG. The switching frequency at no load (at Pomin) can be set to a lower value than when the conventional coupling coefficient is set. Therefore, the rapid increase characteristic of the switching frequency near the no load can be effectively improved. Figured.
For this reason, according to the embodiment in which the secondary side rectifier circuit is other than the double-wave rectifier circuit and the coupling coefficient k is reduced to a predetermined value or less, the required control range Δfs can be effectively reduced. This makes it possible to more easily realize a wide-range configuration with only a stabilizing operation by the switching frequency control method.

次の図6では、図1の電源回路について、実際にスイッチング周波数fsについて実験を行った結果を示しておく。
この図6においては、交流入力電圧VACを100Vと230Vとでそれぞれ一定としたときの、負荷変動に対するスイッチング周波数fsの変化特性について示している。この場合、交流入力電圧VAC=100V時での特性は実線、VAC=230V時での特性は破線により示している。
先ず、スイッチング周波数fsは、図示するように交流入力電圧VAC=100V時、230V時で共に、負荷電力Poの低下に応じて上昇する特性が得られる。そして、特に交流入力電圧VAC=100V時の特性としては、先の図15にて示した同じ交流入力電圧VAC=100V時での従来の特性として比較して、負荷電力Po=0W(最小負荷電力)付近での急減な上昇が大幅に抑制されたものとなる。
Next, FIG. 6 shows the result of an actual experiment on the switching frequency fs for the power supply circuit of FIG.
FIG. 6 shows a change characteristic of the switching frequency fs with respect to load fluctuation when the AC input voltage VAC is constant at 100 V and 230 V, respectively. In this case, the characteristics when the AC input voltage VAC = 100 V is indicated by a solid line, and the characteristics when VAC = 230 V are indicated by a broken line.
First, as shown in the figure, the switching frequency fs has a characteristic that increases according to a decrease in the load power Po at both the AC input voltage VAC = 100V and 230V. In particular, the characteristic when the AC input voltage VAC = 100 V is compared with the conventional characteristic when the AC input voltage VAC = 100 V as shown in FIG. 15, and the load power Po = 0 W (minimum load power). ) The sharp decline in the vicinity is greatly suppressed.

実験によると、負荷電力Po=200W〜0Wの変動に対するスイッチング周波数fsとしては、交流入力電圧VAC=100V時にfs=78.1kHz〜80.6kHz、交流入力電圧VAC=230Vの条件ではfs=100.0kHz〜109.0kHzとなる結果が得られた。
これによると、AC100V系の単レンジでの必要制御範囲Δfsはおよそ2.5kHz程度、AC200V系の単レンジでの必要制御範囲Δfsは9.9kHz程度となる。
そして、ワイドレンジ対応とするにあたっての必要制御範囲Δfsとしては、およそ78.1kHz〜109.0kHzの範囲となり、Δfs=約30kHz程度となる結果となった。
According to the experiment, the switching frequency fs with respect to the variation of the load power Po = 200 W to 0 W is fs = 78.1 kHz to 80.6 kHz when the AC input voltage VAC = 100 V, and fs = 100. A result of 0 kHz to 109.0 kHz was obtained.
According to this, the required control range Δfs in the AC100V system single range is about 2.5 kHz, and the required control range Δfs in the AC200V system single range is about 9.9 kHz.
The necessary control range Δfs for adapting to the wide range is approximately 78.1 kHz to 109.0 kHz, and Δfs = about 30 kHz.

このようなスイッチング周波数の必要制御範囲は、現状のスイッチング駆動IC(発振・ドライブ回路2)の周波数可変制御範囲に充分収まるものであり、このことから実施の形態の電源回路によれば、スイッチング周波数可変制御によるワイドレンジ対応の構成を実用レベルで実現できることが理解できる。   Such a required control range of the switching frequency is well within the frequency variable control range of the current switching drive IC (oscillation / drive circuit 2). From this, according to the power supply circuit of the embodiment, the switching frequency It can be understood that a configuration corresponding to a wide range by variable control can be realized at a practical level.

これまでで説明してきたようにして、図1に示した本実施の形態の電源回路としては、スイッチング周波数制御方式による安定化動作のみによってワイドレンジ対応を可能としている。
これにより、例えばワイドレンジ対応化にあたって、商用交流電源の定格レベルに応じて、直流入力電圧(Ei)を生成するための整流回路系について整流動作を切り換えたり、あるいは、ハーフブリッジ結合方式とフルブリッジ結合方式との間でスイッチングコンバータの形式を切り換える構成を採る必要はなくなる。
そして、このような回路切り換えのための構成が不要となれば、例えば平滑コンデンサCiは1つのみとすることができ、またスイッチング素子としては少なくともハーフブリッジ結合に必要な2つのみとすることが可能となって、その分回路構成部品の削減、回路規模の縮小、及びスイッチングノイズの低減などが図られる。
また、回路切換の構成が不要となれば、切り換えによる誤動作防止のために特別な構成を備えるような必要もなくなり、この点でも構成部品の増加とコストアップの抑制が図られる。さらには、誤動作防止のためにスタンバイ電源を必須としないので、電源回路が使用可能な機器範囲を広げることができる。
As described so far, the power supply circuit of the present embodiment shown in FIG. 1 is capable of handling a wide range only by a stabilizing operation by the switching frequency control method.
As a result, for example, when the wide range is supported, the rectification operation is switched for the rectifier circuit system for generating the DC input voltage (Ei) according to the rated level of the commercial AC power supply, or the half bridge coupling method and the full bridge There is no need to adopt a configuration for switching the type of the switching converter with the coupling method.
If such a circuit switching configuration is not necessary, for example, only one smoothing capacitor Ci can be used, and at least two switching elements required for half-bridge coupling can be used. Accordingly, it is possible to reduce the number of circuit components, the circuit scale, and the switching noise.
Further, if the circuit switching configuration is not required, it is not necessary to provide a special configuration for preventing malfunction due to switching, and in this respect also, the increase in the number of components and the suppression of the cost increase can be achieved. Furthermore, since a standby power supply is not essential to prevent malfunctions, the range of devices in which the power supply circuit can be used can be expanded.

また、このような実施の形態としての効果を得るのにあたっては、従来における電流共振形コンバータの構成について、少なくとも絶縁コンバータトランスPITのコアに形成するギャップ長を変更するのみでよい。つまり、従来の電流共振形コンバータの構成に対し、特別な追加部品なしでワイドレンジ対応を実現することができるものである。   Further, in order to obtain the effect as such an embodiment, it is only necessary to change at least the gap length formed in the core of the insulating converter transformer PIT in the configuration of the conventional current resonance type converter. That is, it is possible to realize a wide range support without a special additional component compared to the configuration of the conventional current resonance type converter.

また、先の説明のようにしてスイッチング周波数の必要制御範囲Δfsが大幅に縮小されることによっては、ワイドレンジ対応の場合と単レンジ対応の場合とに関わらず、定電圧制御の応答性も大幅に改善されることになる。
つまり、電子機器においては、負荷電力Poについて、いわゆるスイッチング負荷といわれる、最大と無負荷とで比較的高速にスイッチングする(切り替わる)ようにして変動させるような動作を行うものがある。このようなスイッチング負荷としての動作を行う機器として、例えば、パーソナルコンピュータの周辺機器であるプリンタを挙げることができる。
このようなスイッチング負荷としての動作が行われる機器に対して、例えば図11に示したような必要制御範囲Δfsが比較的広範な電源回路を搭載した場合には、前述もしたように、急峻な負荷電力の変化に追随して相応に多くの変化量によるスイッチング周波数fsの可変制御を行うことになる。このために、高速な定電圧制御の応答性を得ることが困難とされていた。
これに対して、本実施の形態では、上記もしたように特に単レンジごとの領域で必要制御範囲Δfsが大幅に縮小されていることから、負荷電力Poの最大と無負荷とでの急峻な変動に対して、高速に応答して二次側直流電圧Eoを安定化することが可能である。つまり、スイッチング負荷に対する定電圧制御の応答性能を大幅に向上することができる。
In addition, since the required control range Δfs of the switching frequency is greatly reduced as described above, the responsiveness of the constant voltage control is greatly increased regardless of whether it is compatible with a wide range or a single range. Will be improved.
That is, some electronic devices perform an operation of changing the load power Po so as to be switched (switched) at a relatively high speed between a maximum and no load, which is called a so-called switching load. An example of a device that performs such an operation as a switching load is a printer that is a peripheral device of a personal computer.
When a power supply circuit having a relatively wide necessary control range Δfs as shown in FIG. 11 is mounted on a device that operates as such a switching load, for example, as described above, the device has a steep Following the change of the load power, the switching frequency fs is variably controlled by a correspondingly large amount of change. For this reason, it has been difficult to obtain high-speed constant voltage control response.
On the other hand, in the present embodiment, as described above, the necessary control range Δfs is greatly reduced particularly in the region for each single range, so that the load power Po is steep between the maximum and no load. It is possible to stabilize the secondary side DC voltage Eo in response to fluctuations at a high speed. That is, the response performance of the constant voltage control with respect to the switching load can be greatly improved.

続いて、次の図7には、図1に示した実施の形態としての電源回路の二次側の変形例の構成について示す。
なお、図7において、一次側の構成は先の図1に示したものと同様であることからここでの図示による説明は省略する。
この図7に示される変形例では、二次側の整流回路として、倍電圧半波整流回路を構成するようにしたものである。
Next, FIG. 7 shows a configuration of a modification on the secondary side of the power supply circuit as the embodiment shown in FIG.
In FIG. 7, the configuration on the primary side is the same as that shown in FIG.
In the modification shown in FIG. 7, a voltage doubler half-wave rectifier circuit is configured as the secondary-side rectifier circuit.

先ず、上記倍電圧半波整流回路としては、図示するようにして整流ダイオードDo1と整流ダイオードDo2、及び平滑コンデンサCo1と平滑コンデンサCo2との2組の平滑コンデンサCoを備えている。
この倍電圧半波整流回路において、先ず二次巻線N2の一方の端部(巻き終わり端部)に対しては、整流ダイオードDo1のアノードが接続される。そして、整流ダイオードDo1のカソードは平滑コンデンサCo1の正極端子に接続される。
この平滑コンデンサCo1の負極端子は、図示するようにしてもう一方の平滑コンデンサCo2の正極端子に対して接続され、平滑コンデンサCo2の負極端子は二次側アースに接続されている。その上で、二次巻線N2の他方の端部(巻き始め端部)が、これら平滑コンデンサCo1の負極端子と平滑コンデンサCo2の正極端子との接続点に対して接続されている。
さらに、図示するようにして上記二次巻線N2の一方の端部と整流ダイオードDo1のアノードとの接続点と、二次側アースとの間に、整流ダイオードDo2が挿入される。この整流ダイオードDo2は、アノード側が二次側アースに接続されるようにして挿入される。
First, the voltage doubler half-wave rectifier circuit includes two sets of smoothing capacitors Co, a rectifier diode Do1 and a rectifier diode Do2, and a smoothing capacitor Co1 and a smoothing capacitor Co2, as shown.
In this voltage doubler half-wave rectifier circuit, first, the anode of the rectifier diode Do1 is connected to one end portion (winding end portion) of the secondary winding N2. The cathode of the rectifier diode Do1 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Co1.
The negative terminal of the smoothing capacitor Co1 is connected to the positive terminal of the other smoothing capacitor Co2, as shown, and the negative terminal of the smoothing capacitor Co2 is connected to the secondary side ground. In addition, the other end (winding start end) of the secondary winding N2 is connected to a connection point between the negative terminal of the smoothing capacitor Co1 and the positive terminal of the smoothing capacitor Co2.
Further, as shown in the figure, a rectifier diode Do2 is inserted between a connection point between one end of the secondary winding N2 and the anode of the rectifier diode Do1 and the secondary side ground. The rectifier diode Do2 is inserted so that the anode side is connected to the secondary side ground.

上記構成による倍電圧半波整流回路では、先ず二次巻線N2に励起される交番電圧の一方の半周期に整流ダイオードDo1が導通して、整流電流を平滑コンデンサCo1に対して充電する。これによって平滑コンデンサCo1の両端には、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの等倍に対応したレベルによる電圧が生成される。そして、他方の半周期では、整流ダイオードDo2が導通して平滑コンデンサCo2に整流電流を充電し、この平滑コンデンサCo2の両端に、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの等倍に対応したレベルによる電圧を生成する。
これによって二次巻線N2に励起される交番電圧の1周期には、平滑コンデンサCo1−Co2の直列接続の両端に、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの2倍に対応したレベルによる二次側直流出力電圧Eoが得られることになる。
In the voltage doubler half-wave rectifier circuit having the above configuration, first, the rectifier diode Do1 is conducted in one half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, and charges the rectified current to the smoothing capacitor Co1. As a result, a voltage is generated at both ends of the smoothing capacitor Co1 at a level corresponding to an equal voltage level of the alternating voltage excited by the secondary winding N2. In the other half cycle, the rectifier diode Do2 conducts to charge the smoothing capacitor Co2 with a rectified current, and both ends of the smoothing capacitor Co2 correspond to an equal voltage level of the alternating voltage excited by the secondary winding N2. Generate a voltage according to the specified level.
As a result, in one cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, there is a level corresponding to twice the alternating voltage level excited in the secondary winding N2 at both ends of the series connection of the smoothing capacitors Co1-Co2. Thus, the secondary side DC output voltage Eo is obtained.

このようにして図7に示す構成によっては、平滑コンデンサCoの各々にはそれぞれ二次巻線N2に励起される交番電圧の一方の半周期にのみ充電が行われ、且つ平滑コンデンサCo(Co1−Co2)に得られる電圧レベルとしては上記交番電圧レベルの2倍に対応したレベルを得るようにされた、倍電圧半波整流動作が得られる。
なお、この場合も上記二次側直流出力電圧Eoは、図1に示したものと同様の制御回路1の検出入力としても分岐して供給される。
In this way, depending on the configuration shown in FIG. 7, each of the smoothing capacitors Co is charged only in one half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, and the smoothing capacitors Co (Co1− As a voltage level obtained for Co2), a double voltage half-wave rectification operation is obtained, which is a level corresponding to twice the alternating voltage level.
In this case, the secondary side DC output voltage Eo is also branched and supplied as a detection input of the control circuit 1 similar to that shown in FIG.

ここで、確認のために述べておくと、この場合も二次側の整流回路としては両波整流回路以外の構成が採られるので、図1の回路の場合と同様の結合係数k(ギャップ長)の設定により、ワイドレンジ対応の構成が実現される。
また、このように両波整流回路以外の構成が採られたことで、二次側の各整流ダイオードDoの耐電流レベルと導通損を同等とすることができる。
Here, for confirmation, in this case as well, since the secondary side rectifier circuit has a configuration other than the double-wave rectifier circuit, the same coupling coefficient k (gap length) as in the circuit of FIG. ), A configuration compatible with a wide range is realized.
Further, by adopting a configuration other than the double-wave rectifier circuit in this way, the current withstand level and conduction loss of each rectifier diode Do on the secondary side can be made equal.

また、この図7に示した構成の如く二次側の整流回路を倍電圧半波整流回路とすることによっては、同じ二次側直流出力電圧Eoのレベルを得るにあたり、二次巻線N2の巻数は、図1のブリッジ整流回路とした場合からさらに半減することができる。
つまり、これによれば、従来の図11の回路との比較では二次巻線N2の巻数は1/4にまで削減され、このことから図7の二次側の構成を採用した場合はさらなる絶縁コンバータトランスPITの小型化が図られる。
In addition, when the secondary side rectifier circuit is a voltage doubler half-wave rectifier circuit as in the configuration shown in FIG. 7, in order to obtain the same secondary side DC output voltage Eo level, The number of turns can be further halved from the bridge rectifier circuit of FIG.
That is, according to this, compared with the conventional circuit of FIG. 11, the number of turns of the secondary winding N2 is reduced to ¼. Therefore, when the configuration on the secondary side of FIG. The insulation converter transformer PIT can be downsized.

なお、以下に図7の二次側の構成とした場合の実施の形態の電源回路について、実際にワイドレンジ対応の構成とするにあたっての要部の選定条件の一例を示しておく。
・絶縁コンバータトランスPIT・・・EER−39のフェライト磁心、ギャップ長=2.4mm、一次巻線N1=37T、二次巻線N2=13T、
・一次側直列共振コンデンサC1=0.039μF
このような要部の選定によって、先の図1の回路について説明したものとほぼ同様の特性(図5、図6)を得ることができる。
In the following, an example of selection conditions for the main part when the power supply circuit of the embodiment in the case of the secondary side configuration in FIG. 7 is actually configured for the wide range will be shown.
-Insulating converter transformer PIT: ferrite core of EER-39, gap length = 2.4 mm, primary winding N1 = 37T, secondary winding N2 = 13T,
-Primary side series resonant capacitor C1 = 0.039μF
By selecting such a main part, it is possible to obtain substantially the same characteristics (FIGS. 5 and 6) as those described for the circuit of FIG.

図8は、実施の形態の電源回路の二次側の構成についての、他の変形例を示している。
なお、この図においても一次側の構成は先の図1に示したものと同様であることから図示による説明は省略する。
この図8に示す変形例は、二次側の整流回路として、倍電圧全波整流回路を備えるようにしたものである。
FIG. 8 shows another modification of the configuration on the secondary side of the power supply circuit according to the embodiment.
In this figure as well, the configuration on the primary side is the same as that shown in FIG.
The modification shown in FIG. 8 includes a voltage doubler full wave rectifier circuit as a secondary side rectifier circuit.

先ず、この場合、二次巻線N2についてはセンタータップを施すことで、二次巻線部N2A/N2Bに分割する。ここで、二次巻線N2の全体に対しては、図1の回路が備えていたものと同様の接続形態によるブリッジ整流回路が接続される。
具体的には、二次巻線N2の巻終わり端部となる、二次巻線部N2A側の端部が、整流ダイオードDo1のアノードと整流ダイオードDo2のカソードとの接続点に対して接続される。また、二次巻線N2の巻始め端部となる二次巻線部N2B側の端部が、整流ダイオードDo3のアノードと整流ダイオードDo4のカソードとの接続点に対して接続される。
そして、上記整流ダイオードDo1のカソードと整流ダイオードDo3のカソードの接続点が、平滑コンデンサCoの正極端子に対して接続される。この場合も、平滑コンデンサCoの負極端子は二次側アースに接続される。
First, in this case, the secondary winding N2 is divided into secondary winding portions N2A / N2B by applying a center tap. Here, a bridge rectifier circuit having the same connection form as that of the circuit of FIG. 1 is connected to the entire secondary winding N2.
Specifically, the end of the secondary winding N2 that is the winding end of the secondary winding N2 is connected to the connection point between the anode of the rectifier diode Do1 and the cathode of the rectifier diode Do2. The Further, the end on the secondary winding portion N2B side, which is the winding start end of the secondary winding N2, is connected to a connection point between the anode of the rectifier diode Do3 and the cathode of the rectifier diode Do4.
The connection point between the cathode of the rectifier diode Do1 and the cathode of the rectifier diode Do3 is connected to the positive terminal of the smoothing capacitor Co. Also in this case, the negative terminal of the smoothing capacitor Co is connected to the secondary side ground.

その上でこの場合は、上記した二次巻線N2のセンタータップに対し、コンデンサCcの正極端子が接続される。さらに、このコンデンサCcの負極端子が、上記した整流ダイオードDo2とDo4の各アノードの接続点に対して接続されている。
図示するように、この整流ダイオードDo2とDo4の各アノードの接続点は二次側アースに接続される。
In this case, the positive terminal of the capacitor Cc is connected to the center tap of the secondary winding N2. Further, the negative terminal of the capacitor Cc is connected to the connection point between the anodes of the rectifier diodes Do2 and Do4.
As shown in the figure, the connection point between the anodes of the rectifier diodes Do2 and Do4 is connected to the secondary side ground.

上記構成による倍電圧全波整流回路では、二次巻線N2に励起される交番電圧の一方の半周期において、整流電流は[二次巻線部N2A→平滑コンデンサCc→整流ダイオードDo2→二次巻線部N2A]の循環経路により流れる。また、二次巻線N2に励起される交番電圧の他方の半周期では、整流電流は[二次巻線部N2B→平滑コンデンサCc→整流ダイオードDo4→二次巻線部N2B]の循環経路により流れる。つまりこの場合、平滑コンデンサCcに対しては、各半周期において二次巻線部N2A、二次巻線部N2Bにそれぞれ励起される交番電圧レベルの等倍に対応したレベルによる直流電圧が得られるようになっている。   In the voltage doubler full-wave rectifier circuit configured as described above, in one half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, the rectified current is [secondary winding portion N2A → smoothing capacitor Cc → rectifier diode Do2 → secondary. It flows through the circulation path of the winding portion N2A]. Further, in the other half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, the rectified current flows through a circulation path of [secondary winding portion N2B → smoothing capacitor Cc → rectifier diode Do4 → secondary winding portion N2B]. Flowing. In other words, in this case, for the smoothing capacitor Cc, a DC voltage is obtained at a level corresponding to the same multiple of the alternating voltage level excited in the secondary winding portion N2A and the secondary winding portion N2B in each half cycle. It is like that.

その上で、二次巻線N2に励起される交番電圧の上記した一方の半周期では、整流電流は上記循環経路から分岐して[二次巻線部N2B→整流ダイオードDo3→平滑コンデンサCo→整流ダイオードDo2]の経路によっても流れる。
これにより当該半周期には、平滑コンデンサCoに対し、二次巻線部N2Bの交番電圧と、上記のように平滑コンデンサCcに得られた両端電圧が重畳したレベルにより充電が行われる。すなわち、平滑コンデンサCoの両端電圧としては、二次巻線部に得られる交番電圧レベルの2倍に対応するレベルが得られる。
In addition, in the above half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, the rectified current branches off from the circulation path [secondary winding portion N2B → rectifier diode Do3 → smoothing capacitor Co → It also flows through the path of the rectifier diode Do2].
As a result, in the half cycle, the smoothing capacitor Co is charged with a level in which the alternating voltage of the secondary winding N2B and the voltage across the smoothing capacitor Cc as described above are superimposed. That is, as the voltage across the smoothing capacitor Co, a level corresponding to twice the alternating voltage level obtained in the secondary winding is obtained.

また、二次巻線N2に励起される交番電圧の他方の半周期としても、整流電流は上記の循環経路から分岐して[二次巻線部N2A→整流ダイオードDo1→平滑コンデンサCo→整流ダイオードDo4]の経路によっても流れ、従ってこの場合も平滑コンデンサCoの両端電圧としては、二次巻線部N2Aの交番電圧とコンデンサCcの充電電荷とにより、二次巻線部に得られる交番電圧レベルの2倍に対応するレベルが得られることになる。   Further, also as the other half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2, the rectified current is branched from the above circulation path [secondary winding portion N2A → rectifier diode Do1 → smoothing capacitor Co → rectifier diode. Do4] also flows, and in this case as well, the voltage across the smoothing capacitor Co is the alternating voltage level obtained in the secondary winding portion by the alternating voltage of the secondary winding portion N2A and the charge of the capacitor Cc. A level corresponding to twice this is obtained.

このような整流動作から、この場合の整流回路においては、平滑コンデンサCoに対し、二次巻線N2に得られる交番電圧の各半周期に充電を行う動作が得られることになる。そして、その充電電位としては、上記のようにして二次巻線部に誘起される交番電圧の2倍に対応するレベルが得られる。
このことより、図8に示す二次側の整流回路によっては倍電圧全波整流動作が得られていることが理解できる。
From such a rectifying operation, in the rectifying circuit in this case, the smoothing capacitor Co is charged in each half cycle of the alternating voltage obtained in the secondary winding N2. As the charging potential, a level corresponding to twice the alternating voltage induced in the secondary winding portion as described above is obtained.
From this, it can be understood that a double voltage full wave rectification operation is obtained by the secondary side rectifier circuit shown in FIG.

なお、このように二次側の整流回路として倍電圧全波整流回路を設ける場合としても、同じ二次側直流出力電圧Eoのレベルを得るにあたっては、二次巻線N2全体の巻数を図1に示した回路の場合と同等とすることができる。従って、図8の構成を採る場合にも図1の回路の場合と同様の絶縁コンバータトランスPITの小型化を図ることができる。   Even when the voltage doubler full wave rectifier circuit is provided as the secondary side rectifier circuit in this way, in order to obtain the same secondary side DC output voltage Eo level, the number of turns of the entire secondary winding N2 is shown in FIG. It can be equivalent to the circuit shown in FIG. Therefore, even when the configuration of FIG. 8 is adopted, the size of the insulating converter transformer PIT similar to that of the circuit of FIG. 1 can be reduced.

また、ここで確認のために述べておくと、この図8に示す二次側の構成としても、先の図11の回路の場合と同様に二次巻線N2にセンタータップを施すようにされているが、この図8の構成においては、従来の両波整流回路の場合のように二次側にて並列共振動作(部分電圧共振動作)が起こらないものとなる。これは、図8の構成では、上記説明から理解されるように、各二次巻線部には交番電圧の各半周期で整流電流が流れ、従来の両波整流の場合とは異なり一方の巻線部に整流電流が流れない期間が存在しないことから、各二次巻線部間で線間静電容量が存在しないためである。
このように二次側において並列共振動作が生じないことから、図8の構成によっても、図2において説明した結合係数kの設定によって図1の場合と同様の必要制御範囲Δfsの縮小化を図ることができるものである。
For confirmation, the secondary side configuration shown in FIG. 8 is also provided with a center tap on the secondary winding N2 as in the case of the circuit of FIG. However, in the configuration of FIG. 8, the parallel resonance operation (partial voltage resonance operation) does not occur on the secondary side as in the case of the conventional double-wave rectifier circuit. In the configuration of FIG. 8, as understood from the above description, a rectification current flows in each secondary winding part in each half cycle of the alternating voltage, and unlike the case of the conventional double-wave rectification, This is because there is no line capacitance between the secondary winding parts because there is no period during which the rectified current does not flow in the winding part.
Since no parallel resonance operation occurs on the secondary side as described above, the required control range Δfs as in the case of FIG. 1 is reduced by setting the coupling coefficient k described in FIG. 2 even in the configuration of FIG. It is something that can be done.

さらに、図11の回路の場合、二次巻線N2に対してセンタータップが施されることで、絶縁コンバータトランスPITに偏磁が生じるものとされていたが、図8の構成では上述の整流電流経路の説明から理解されるように、各半周期で二次巻線N2全体に整流電流が流れるようにされていることから、偏磁は生じないものとなっている。すなわち、このことから図8の構成によっても、図1の回路の場合と同様に整流電流のピークレベルが各半周期で偏ることはないものとすることができる。   Further, in the case of the circuit of FIG. 11, the center tap is applied to the secondary winding N 2, so that the magnetic isolation is generated in the insulating converter transformer PIT. However, in the configuration of FIG. As can be understood from the explanation of the current path, since the rectified current flows through the entire secondary winding N2 in each half cycle, no demagnetization occurs. That is, from this, the configuration of FIG. 8 can also prevent the peak level of the rectified current from being biased in each half cycle as in the case of the circuit of FIG.

図9には、実施の形態の電源回路の二次側の構成についての、さらに他の変形例について示す。
この図9としても、一次側の構成は先の図1の場合と同様となることからここでの図示による説明は省略する。
この図9の変形例は、二次側の整流回路として4倍圧整流回路を備えるようにしたものである。
FIG. 9 shows still another modified example of the configuration on the secondary side of the power supply circuit according to the embodiment.
Also in FIG. 9, the configuration on the primary side is the same as in the case of FIG.
The modification of FIG. 9 includes a quadruple voltage rectifier circuit as a secondary side rectifier circuit.

この4倍圧整流回路としては、図示するようにして整流ダイオードDo1〜Do4による4つの整流ダイオードDoと、コンデンサCc1、Cc2、平滑コンデンサCo1、Co2とを備えて形成される。
この場合、二次巻線N2の一方の端部(巻き終わり端部)に対しては、図示するようにコンデンサCc1(負極端子→正極端子)→整流ダイオードDo1(アノード→カソード)の直列接続を介し、平滑コンデンサCo1の正極端子が接続される。そして、この平滑コンデンサCo1の負極端子は、二次巻線N2の他方の端部(巻き終わり端部)に対して接続される。
また、これら平滑コンデンサCo1の負極端子と二次巻線N2の他方端部の接続点に対しては、平滑コンデンサCo2の正極端子が接続され、この平滑コンデンサCo2の負極端子が二次側アースに接続されている。
As shown in the figure, the quadruple voltage rectifier circuit includes four rectifier diodes Do including rectifier diodes Do1 to Do4, capacitors Cc1 and Cc2, and smoothing capacitors Co1 and Co2.
In this case, a series connection of a capacitor Cc1 (negative terminal → positive terminal) → rectifier diode Do1 (anode → cathode) is connected to one end (end of winding) of the secondary winding N2 as shown in the figure. The positive terminal of the smoothing capacitor Co1 is connected through the via. The negative terminal of the smoothing capacitor Co1 is connected to the other end (winding end) of the secondary winding N2.
The positive terminal of the smoothing capacitor Co2 is connected to the connection point between the negative terminal of the smoothing capacitor Co1 and the other end of the secondary winding N2, and the negative terminal of the smoothing capacitor Co2 is connected to the secondary side ground. It is connected.

さらに、二次巻線N2の上記した一方の端部と二次側アースとの間には、コンデンサCc2(正極端子→負極端子)→整流ダイオードDo4(カソード→アノード)の直列接続回路を挿入している。
これらコンデンサCc2と整流ダイオードDo4との接続点に対しては、図示するようにして整流ダイオードDo3のアノードが接続される。そして、この整流ダイオードDo3のカソードは、上記した平滑コンデンサCo1・Co2の接続点と、二次巻線N2の上記した他方の端部との接続点に対して接続される。
さらに、この整流ダイオードDo3のカソードと二次巻線N2の他方の端部の接続点に対しては、整流ダイオードDo2のアノードが接続される。そして、整流ダイオードDo2のカソードは、上記したコンデンサCc1と整流ダイオードDo1の接続点に対して接続されている。
Further, a series connection circuit of a capacitor Cc2 (positive terminal → negative terminal) → rectifier diode Do4 (cathode → anode) is inserted between the one end of the secondary winding N2 and the secondary side ground. ing.
The anode of the rectifier diode Do3 is connected to the connection point between the capacitor Cc2 and the rectifier diode Do4 as shown. The cathode of the rectifier diode Do3 is connected to the connection point between the smoothing capacitors Co1 and Co2 and the other end of the secondary winding N2.
Further, the anode of the rectifier diode Do2 is connected to the connection point between the cathode of the rectifier diode Do3 and the other end of the secondary winding N2. The cathode of the rectifier diode Do2 is connected to the connection point between the capacitor Cc1 and the rectifier diode Do1.

上記構成による4倍圧整流回路において、二次巻線N2に励起される交番電圧の一方の半周期では、整流電流は[二次巻線N2→整流ダイオードDo2→コンデンサCc1→二次巻線N2]の循環経路によって流れる。また、同様に上記交番電圧の他方の半周期においても、整流電流は循環経路によって[二次巻線N2→コンデンサCc2→整流ダイオードDo3→二次巻線N2]を流れる。
つまり、この場合としても、コンデンサCc1、Cc2の両端には、それぞれ対応する半周期に、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの等倍に対応したレベルの直流電圧が得られることになる。
In the quadruple voltage rectifier circuit having the above configuration, the rectified current is [secondary winding N2 → rectifier diode Do2 → capacitor Cc1 → secondary winding N2 in one half cycle of the alternating voltage excited in the secondary winding N2. ] By the circulation route. Similarly, also in the other half cycle of the alternating voltage, the rectified current flows through [secondary winding N2 → capacitor Cc2 → rectifier diode Do3 → secondary winding N2] through the circulation path.
In other words, even in this case, a DC voltage having a level corresponding to the same multiple of the alternating voltage level excited in the secondary winding N2 is obtained at both ends of the capacitors Cc1 and Cc2 in the corresponding half cycle. Become.

そして、この場合としても、各半周期において、整流電流は上記循環経路から分岐して、以下のような経路によっても流れる。
先ず、交番電圧の上記した一方の半周期では、整流電流は分岐して[平滑コンデンサCo2→整流ダイオードDo4→コンデンサCc2→二次巻線N2]の経路によっても流れる。このとき、先の循環経路により、この期間には上記コンデンサCc2の両端に充電電荷が得られている。このため、上記のような整流電流経路によっては、上記平滑コンデンサCo2に対し、二次巻線N2に得られる交番電圧とこのコンデンサCc2の充電電荷の重畳分とによる電位により充電が行われることになる。
つまり、これによって平滑コンデンサCo2には、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの2倍に対応したレベルによる直流電圧が生成されることになる。
Even in this case, in each half cycle, the rectified current branches off from the circulation path and also flows through the following path.
First, in one half cycle of the alternating voltage described above, the rectified current branches and flows through the path [smoothing capacitor Co 2 → rectifier diode Do 4 → capacitor Cc 2 → secondary winding N 2]. At this time, charged charges are obtained at both ends of the capacitor Cc2 during this period by the previous circulation path. For this reason, depending on the rectification current path as described above, the smoothing capacitor Co2 is charged with a potential due to the alternating voltage obtained in the secondary winding N2 and the superimposed charge of the capacitor Cc2. Become.
That is, as a result, a DC voltage having a level corresponding to twice the alternating voltage level excited by the secondary winding N2 is generated in the smoothing capacitor Co2.

また、上記交番電圧の他方の半周期では、整流電流は分岐して[コンデンサCc1→整流ダイオードDo1→平滑コンデンサCo1→二次巻線N2]の経路によっても流れ、この場合は先の循環経路によってコンデンサCc1に得られた充電電荷の重畳分を受けた二次巻線N2の交番電圧について、平滑コンデンサCo1に対する充電を行うようにされることになる。
すなわち、これによって平滑コンデンサCo1としても、その両端電圧としては二次巻線N2に得られる交番電圧レベルの2倍に対応したレベルによる直流電圧が得られる。
Further, in the other half cycle of the above alternating voltage, the rectified current branches and flows through the path [capacitor Cc1 → rectifier diode Do1 → smoothing capacitor Co1 → secondary winding N2]. The smoothing capacitor Co1 is charged with respect to the alternating voltage of the secondary winding N2 that has received the superimposed charge charge obtained by the capacitor Cc1.
In other words, even with the smoothing capacitor Co1, a DC voltage having a level corresponding to twice the alternating voltage level obtained at the secondary winding N2 is obtained as the voltage across the capacitor.

このようにして、平滑コンデンサCo1と平滑コンデンサCo2の各両端には、それぞれ二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの2倍に対応したレベルによる直流電圧が生成される。そして、これによって平滑コンデンサCo1と平滑コンデンサCo2との直列接続の両端には、二次巻線N2に励起される交番電圧レベルの4倍に対応したレベルによる二次側直流出力電圧Eoが得られることになる。   In this way, a DC voltage having a level corresponding to twice the alternating voltage level excited by the secondary winding N2 is generated at both ends of the smoothing capacitor Co1 and the smoothing capacitor Co2. As a result, a secondary side DC output voltage Eo having a level corresponding to four times the alternating voltage level excited by the secondary winding N2 is obtained at both ends of the series connection of the smoothing capacitor Co1 and the smoothing capacitor Co2. It will be.

なお、このような4倍圧整流回路を採用する場合は、二次巻線N2の巻数については図1の場合の1/4程度に削減でき、これによってさらなる絶縁コンバータトランスPITの小型化を図ることが可能となる。   When such a quadruple voltage rectifier circuit is employed, the number of turns of the secondary winding N2 can be reduced to about ¼ that in the case of FIG. 1, thereby further reducing the size of the insulating converter transformer PIT. It becomes possible.

また、図10の回路図には、実施の形態の電源回路の一次側についての変形例の構成を示す。
この一次側の変形例としては、図示するようにして、スイッチングコンバータの構成をハーフブリッジ結合方式からフルブリッジ結合方式に変更したものである。
なお、図10において、既に図1にて説明した部分と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。
Further, the circuit diagram of FIG. 10 shows a configuration of a modified example of the primary side of the power supply circuit of the embodiment.
As a modification of the primary side, the configuration of the switching converter is changed from the half bridge coupling method to the full bridge coupling method as shown in the figure.
In FIG. 10, the same parts as those already described in FIG.

図10において、フルブリッジ結合方式としては、図示するようにして、スイッチング素子Q1,Q2のハーフブリッジ接続に対して、スイッチング素子Q3,Q4のハーフブリッジ接続を並列に接続するようにされる。
スイッチング素子Q3,Q4についても、スイッチング素子Q1,Q2と同様にして、それぞれボディダイオードであるダンパーダイオードDD3、ダンパーダイオードDD4をドレイン−ソース間に対して並列に接続している。
In FIG. 10, as a full bridge coupling system, as shown in the figure, the half bridge connection of the switching elements Q3 and Q4 is connected in parallel to the half bridge connection of the switching elements Q1 and Q2.
As for the switching elements Q3 and Q4, similarly to the switching elements Q1 and Q2, a damper diode DD3 and a damper diode DD4, which are body diodes, are connected in parallel between the drain and the source, respectively.

そのうえで、この場合には、絶縁コンバータトランスPITの一次巻線N1、一次側直列共振コンデンサC1の直列接続から成る一次側直列共振回路について次のようにして接続している。
先ず、一次側直列共振回路の一方の端部となる一次巻線N1の一端(巻始め端部)を、スイッチング素子Q3のソースとスイッチング素子Q4のドレインの接続点と接続する。スイッチング素子Q3のソースとスイッチング素子Q4のドレインの接続点は、フルブリッジ結合のスイッチング回路系における一方のスイッチング出力点となる。
また、一次側直列共振回路の他方の端部側については、一次巻線N1の他端(巻き終わり端部)を、一次側直列共振コンデンサC1の直列接続を介して、他方のスイッチング出力点であるスイッチング素子Q1のソースとスイッチング素子Q2のドレインとの接続点に対して接続する。
In addition, in this case, a primary side series resonant circuit comprising a series connection of the primary winding N1 of the insulating converter transformer PIT and the primary side series resonant capacitor C1 is connected as follows.
First, one end (winding end) of the primary winding N1, which is one end of the primary side series resonance circuit, is connected to a connection point between the source of the switching element Q3 and the drain of the switching element Q4. The connection point between the source of the switching element Q3 and the drain of the switching element Q4 is one switching output point in the full-bridge coupling switching circuit system.
Further, with respect to the other end portion side of the primary side series resonance circuit, the other end (end of winding end) of the primary winding N1 is connected to the other switching output point via the series connection of the primary side series resonance capacitor C1. The connection is made to the connection point between the source of a certain switching element Q1 and the drain of the switching element Q2.

また、この場合には、スイッチング素子Q4のソース−ドレイン間に対して並列に一次側部分共振コンデンサCp2が接続されている。この一次側部分共振コンデンサCp2としても、自身のキャパシタンスと一次巻線N1のリーケージインダクタンスL1とにより並列共振回路(部分電圧共振回路)を形成し、スイッチング素子Q3,Q4のターンオフ時にのみ電圧共振する部分電圧共振動作を得る。   In this case, the primary-side partial resonance capacitor Cp2 is connected in parallel with the source and drain of the switching element Q4. The primary side partial resonance capacitor Cp2 also forms a parallel resonance circuit (partial voltage resonance circuit) by its own capacitance and the leakage inductance L1 of the primary winding N1, and voltage resonates only when the switching elements Q3 and Q4 are turned off. Get voltage resonant operation.

この場合の発振・ドライブ回路2は、スイッチング素子Q1〜Q4の4石のスイッチング素子を駆動するようにされている。この発振・ドライブ回路2によっては、スイッチング素子[Q1,Q4]の組と、スイッチング素子[Q3,Q4]の組とが交互にオン/オフするようにしてスイッチング駆動が行われる。   The oscillation / drive circuit 2 in this case is configured to drive four switching elements Q1 to Q4. Depending on the oscillation / drive circuit 2, switching driving is performed such that the group of switching elements [Q1, Q4] and the group of switching elements [Q3, Q4] are alternately turned on / off.

ここで、例えば負荷条件が重負荷の傾向となるのに従っては、スイッチングコンバータに流れる電流が増加して、回路部品への負担も重くなり、また、電力損失も増加していくことになる。そこで、上記のようにしてフルブリッジ結合とすれば、必要な負荷電流を4つのスイッチング素子によりまかなうこととなるために、例えば2本のスイッチング素子から成るハーフブリッジ結合方式の場合よりも、各部品への負担は軽くなり、また、電力損失も低減され、重負荷の条件に有利とすることができる。   Here, for example, as the load condition becomes a heavy load trend, the current flowing through the switching converter increases, the load on the circuit components increases, and the power loss also increases. Therefore, if the full-bridge coupling is used as described above, the necessary load current is provided by four switching elements. For example, each component is more than the case of the half-bridge coupling system including two switching elements. This reduces the burden on the power source and reduces power loss, which can be advantageous for heavy load conditions.

なお、本発明はこれまで説明した実施の形態に限定されるべきものではない。
例えば、絶縁コンバータトランスPITについては、コア形式などをはじめとして、その構造については適宜変更されて構わない。
また、実施の形態で例示したスイッチングコンバータは、他励式による電流共振形コンバータをその基礎としているが、例えば自励式による電流共振形コンバータを備えて構成することも可能である。また、スイッチングコンバータにおいて選定されるスイッチング素子としても、例えばバイポーラトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などをはじめとしてMOS−FET以外の素子が採用されて構わない。
また、先に説明した各部品素子の定数なども、実際の条件等に応じて適宜変更されて構わないものである。
また、重負荷対応の構成として、商用交流電源AC(交流入力電圧VAC)を入力して整流平滑電圧Eiを生成するための整流電流回路系を、交流入力電圧VACの2倍に対応するレベルの整流平滑電圧Eiを生成する倍電圧整流回路により構成することもできる。ただし、このようにして整流平滑電圧Eiを生成する整流平滑回路系を倍電圧整流回路とする構成は、AC100V系のみの単レンジ対応としての構成となる。
さらには、二次側の整流回路の構成としても、実施の形態で例示したものに限らず、両波整流回路以外の構成であって二次巻線に線間静電容量を生じさせない構成とされていれば、他の整流回路の構成を採ることも可能である。
The present invention should not be limited to the embodiments described so far.
For example, the structure of the insulating converter transformer PIT may be changed as appropriate, including the core type.
In addition, the switching converter exemplified in the embodiment is based on a separately excited type current resonant converter, but may be configured to include, for example, a self excited type current resonant converter. In addition, as a switching element selected in the switching converter, for example, an element other than a MOS-FET such as a bipolar transistor or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) may be employed.
Further, the constants of the component elements described above may be appropriately changed according to actual conditions and the like.
Further, as a configuration for handling heavy loads, a rectifying current circuit system for generating a rectified smoothing voltage Ei by inputting a commercial AC power supply AC (AC input voltage VAC) has a level corresponding to twice the AC input voltage VAC. A voltage doubler rectifier circuit that generates a rectified and smoothed voltage Ei can also be used. However, the configuration in which the rectifying and smoothing circuit system that generates the rectified and smoothing voltage Ei in this way is a voltage doubler rectifying circuit is a configuration that supports only a single range of the AC100V system.
Furthermore, the configuration of the rectifier circuit on the secondary side is not limited to the one exemplified in the embodiment, and a configuration other than the double-wave rectifier circuit that does not cause line capacitance in the secondary winding. If so, other rectifier circuit configurations may be employed.

本発明における実施の形態としての電源回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power supply circuit as embodiment in this invention. 実施の形態のスイッチング電源回路が備える絶縁コンバータトランスの構造例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structural example of the insulation converter transformer with which the switching power supply circuit of embodiment is provided. 実施の形態の電源回路におけるAC100V時での要部の動作波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation | movement waveform of the principal part at the time of AC100V in the power supply circuit of embodiment. 実施の形態の電源回路におけるAC230V時での要部の動作波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation | movement waveform of the principal part at the time of AC230V in the power supply circuit of embodiment. 実施の形態の電源回路の定電圧制御特性として、負荷変動に応じたスイッチング周波数制御範囲(必要制御範囲)を示す図である。It is a figure which shows the switching frequency control range (necessary control range) according to load fluctuation | variation as a constant voltage control characteristic of the power supply circuit of embodiment. 実施の形態の電源回路についての負荷変動に対するスイッチング周波数の変化特性について示す特性図である。It is a characteristic view shown about the change characteristic of the switching frequency with respect to the load fluctuation | variation about the power supply circuit of embodiment. 実施の形態の電源回路の二次側の構成についての変形例について示した回路図である。It is the circuit diagram shown about the modification about the structure of the secondary side of the power supply circuit of embodiment. 実施の形態の電源回路の二次側の構成についての他の変形例について示した回路図である。It is the circuit diagram shown about the other modification about the structure of the secondary side of the power supply circuit of embodiment. 実施の形態の電源回路の二次側の構成についてのさらに他の変形例について示した回路図である。It is the circuit diagram shown about the other modification about the structure of the secondary side of the power supply circuit of embodiment. 実施の形態の電源回路の一次側の構成についての変形例について示した回路図である。It is the circuit diagram shown about the modification about the structure of the primary side of the power supply circuit of embodiment. 先行技術としての電源回路の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structural example of the power supply circuit as a prior art. 図11に示す電源回路における要部の動作を示す波形図である。FIG. 12 is a waveform diagram showing an operation of a main part in the power supply circuit shown in FIG. 11. 一次側と二次側との結合係数を従来の設定とした場合での定電圧制御特性について示した図である。It is the figure which showed the constant voltage control characteristic in the case of setting the coupling coefficient of a primary side and a secondary side as the conventional setting. 二次側の整流回路を両波整流回路とした図11に示す電源回路についての定電圧制御特性について示した図である。It is the figure which showed the constant voltage control characteristic about the power supply circuit shown in FIG. 11 which made the secondary side rectifier circuit the double wave rectifier circuit. 図11に示す電源回路についての負荷変動に対するスイッチング周波数の変化特性について示した特性図である。FIG. 12 is a characteristic diagram illustrating a change characteristic of a switching frequency with respect to a load change in the power supply circuit illustrated in FIG. 11.

符号の説明Explanation of symbols

1 制御回路、2 発振・ドライブ回路、Di ブリッジ整流回路、Ci 平滑コンデンサ、Q1,Q2,Q3,Q4 スイッチング素子、PIT 絶縁コンバータトランス、C1 一次側直列共振コンデンサ、Cp、Cp1、Cp2 一次側部分共振コンデンサ、N1 一次巻線、N2 二次巻線、N2A、N2B 二次巻線部、Do1〜Do4 (二次側)整流ダイオード、Co (二次側)平滑コンデンサ、Cc、Cc1、Cc2 コンデンサ   1 Control circuit, 2 Oscillation / drive circuit, Di bridge rectifier circuit, Ci smoothing capacitor, Q1, Q2, Q3, Q4 switching element, PIT isolation converter transformer, C1 primary side series resonant capacitor, Cp, Cp1, Cp2 primary side partial resonance Capacitor, N1 primary winding, N2 secondary winding, N2A, N2B secondary winding section, Do1 to Do4 (secondary side) rectifier diode, Co (secondary side) smoothing capacitor, Cc, Cc1, Cc2 capacitor

Claims (7)

直流入力電圧を入力してスイッチングを行うスイッチング素子を備えて形成したスイッチング手段と、
上記スイッチング素子をスイッチング駆動するスイッチング駆動手段と、
上記スイッチング手段のスイッチング動作により得られるスイッチング出力が供給される一次巻線と、この一次巻線により交番電圧が誘起される二次巻線とが巻装されて形成される絶縁コンバータトランスと、
少なくとも、上記絶縁コンバータトランスの一次巻線の漏洩インダクタンス成分と、上記一次巻線に直列接続された一次側直列共振コンデンサのキャパシタンスとによって形成され、上記スイッチング手段の動作を電流共振形とする一次側直列共振回路と、
両波整流回路以外の整流回路を備えるようにされて上記二次巻線に得られる交番電圧について整流動作を行って、その整流出力を二次側平滑コンデンサにより平滑化して二次側直流出力電圧を生成する二次側直流出力電圧生成手段と、
上記二次側直流出力電圧のレベルに応じて上記スイッチング駆動手段を制御して、上記スイッチング手段のスイッチング周波数を可変することで、上記二次側直流出力電圧について定電圧制御を行う定電圧制御手段と、を備えると共に、
上記絶縁コンバータトランスは、一次側と二次側との結合係数が所定以下となるようにして、コアの所定位置に形成されるギャップ長が設定されている、
ことを特徴とするスイッチング電源回路。
Switching means formed with a switching element for switching by inputting a DC input voltage;
Switching driving means for switching and driving the switching element;
An insulating converter transformer formed by winding a primary winding to which a switching output obtained by the switching operation of the switching means is supplied and a secondary winding in which an alternating voltage is induced by the primary winding;
The primary side which is formed by at least the leakage inductance component of the primary winding of the insulating converter transformer and the capacitance of the primary side series resonance capacitor connected in series to the primary winding, and the operation of the switching means is a current resonance type A series resonant circuit;
A rectifying circuit other than the double-wave rectifying circuit is provided, and the alternating voltage obtained in the secondary winding is rectified, and the rectified output is smoothed by the secondary side smoothing capacitor to obtain the secondary side DC output voltage. Secondary side DC output voltage generating means for generating
Constant voltage control means for performing constant voltage control on the secondary side DC output voltage by controlling the switching drive means according to the level of the secondary side DC output voltage and varying the switching frequency of the switching means. And
The insulating converter transformer has a gap length formed at a predetermined position of the core such that the coupling coefficient between the primary side and the secondary side is not more than a predetermined value.
A switching power supply circuit.
上記二次側直流出力電圧生成手段は、
上記整流動作として、ブリッジ整流回路による全波整流動作を行うように構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。
The secondary side DC output voltage generating means is:
As the rectification operation, it is configured to perform full-wave rectification operation by a bridge rectification circuit,
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記二次側直流出力電圧生成手段は、
上記整流動作として、
二次巻線に励起される交番電圧の一方の半周期にのみ上記二次側平滑コンデンサに対する充電を行うと共に、上記交番電圧レベルの2倍に対応するレベルによる上記二次側直流出力電圧を生成するようにされた倍電圧半波整流動作を行うように構成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。
The secondary side DC output voltage generating means is:
As the rectifying operation,
The secondary side smoothing capacitor is charged only during one half cycle of the alternating voltage excited by the secondary winding, and the secondary side DC output voltage is generated at a level corresponding to twice the alternating voltage level. Is configured to perform a double voltage half-wave rectification operation,
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記絶縁コンバータトランスは、上記二次巻線にセンタータップが施されて第1の二次巻線部と第2の二次巻線部が形成されると共に、
上記二次側直流出力電圧生成手段は、上記整流動作として、
上記二次巻線に励起される交番電圧の各半周期に上記二次側平滑コンデンサに対する充電を行うと共に、上記二次側平滑コンデンサの両端に、上記第1の二次巻線部と上記第2の二次巻線部とのそれぞれに得られる交番電圧レベルの2倍に対応するレベルによる上記二次側直流出力電圧を生成するようにされた倍圧全波整流動作を行うように構成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。
In the insulating converter transformer, a center tap is applied to the secondary winding to form a first secondary winding portion and a second secondary winding portion,
The secondary side DC output voltage generating means is configured as the rectifying operation.
The secondary side smoothing capacitor is charged in each half cycle of the alternating voltage excited by the secondary winding, and the first secondary winding unit and the first side are connected to both ends of the secondary side smoothing capacitor. Each of the two secondary windings is configured to perform a voltage doubler full-wave rectification operation that generates the secondary side DC output voltage at a level corresponding to twice the alternating voltage level obtained. ing,
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記二次側直流出力電圧生成手段は、
上記整流動作として、
上記二次巻線に励起される交番電圧レベルの4倍に対応するレベルによる上記二次側直流出力電圧を生成するようにされた4倍圧整流動作を行うように構成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。
The secondary side DC output voltage generating means is:
As the rectifying operation,
Configured to perform a quadruple voltage rectification operation adapted to generate the secondary side DC output voltage at a level corresponding to four times the alternating voltage level excited in the secondary winding;
The switching power supply circuit according to claim 1.
上記スイッチング手段は、2つのスイッチング素子がハーフブリッジ結合方式により接続されていることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。   2. The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the switching means has two switching elements connected by a half-bridge coupling method. 上記スイッチング手段は、4つのスイッチング素子がフルブリッジ結合方式により接続されていることを特徴とする請求項1に記載のスイッチング電源回路。   The switching power supply circuit according to claim 1, wherein the switching means includes four switching elements connected by a full bridge coupling method.
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